Дренажные тоннели (галерейные дренажи) (рис. 2.128) устраиваются в особо ответственных случаях для защиты городских территорий от подтопления, а также наиболее важных подземных сооружений глубокого заложения от проникновения в них
Рис. 2.129. Система галерейных дренажей вокруг камер затворов строительных тоннелей Рогунской ГЭС [Мостков, Орлов, Степанов, 1986]: 1 — дренажный тоннель, 2 — скважинные дрены, 3 — цементационная завеса
грунтовых вод и, при необходимости, обеспечения систематического эксплуатационного надзора. С этой целью используются тоннели и штольни кругового и коробового сечения, а также проходные и полупроходные коллекторы прямоугольного, круглого или эллиптического сечения*. Минимальная высота тоннеля в свету: проходного 1,8 м, полупроходного — 1,2 м. Глубина заложения таких тоннелей составляет не менее 4 + 5 м.
Дренажные тоннели устраиваются, в большинстве случаев, с верховой стороны фильтрационного потока, что позволяет наиболее эффективно перехватить грунтовые воды, либо по контуру сооружения. В зависимости от местных условий, системы дренажных тоннелей в плане могут быть прямо- и криволинейными, замкнутыми или незамкнутыми. В большинстве случаев, особенно в однородных породах, стараются ограничиться одноярусным дренажом, однако, при наличии нескольких водоносных горизон-
Рис. 2.130. Дренажный тоннель:
/ — скважинные дрены, 2 — шпуровые дрены, 3 — водоотводные трубы
тов, может применяться многоярусное расположение дренажных тоннелей (рис. 2.129).
В устойчивых породах дренажные тоннели стараются оставлять без обделки. В остальных породах обделку выполняют из пористого малоцементного бетона или из сборных блоков. Лоток бетонируют и устраивают водоотводную канавку.
Стены тоннелей в нижней части делают с водоприёмными щелями, заполненными пористыми материалами. Вокруг тоннелей укладывают фильтрующую обсыпку из крупнозернистого песка и гравия. Для повышения водозахватной способности и расширения радиуса действия галерейного дренажа в своде и стенах туннеля пробуриваются шпуры (длиной 1,5 н- 3,5 м) и кап-тажные скважины (длиной 10 50 м, иногда до 100 м) (рис. 2.130).
Во избежание замерзания воды в зимний период дренажные тоннели оборудуют дверями и, при необходимости, утепляют по длине.
При проектировании продольного профиля подводного тоннеля большое внимание уделяется правильному назначению глубины заложения верха тоннеля относительно дна водотока или водоёма, которая назначается в зависимости от способа строительства и свойств грунтов руслового ложа.
Если подводная часть сооружается щитовым способом под сжатым воздухом, то, во избежание его прорыва, минимальную глубину заложения относительно линии возможных размывов назначают в зависимости от свойств грунтов, слагающих русловое ложе: 4—6 м в плотных глинистых грунтах, 8—10 м в слабых несвязных грунтах. Уменьшение толщины защитной кровли может достигаться устройством по дну водоёма, непосредственно над сооружением, защитного глиняного тюфяка толщиной 2—3 м и шириной 3—4 диаметра тоннеля.
При строительстве подрусловой части методом опускных секций глубина заложения тоннеля назначается не менее: 2,5— 3 м в слабых несвязных грунтах и 1,5—2 м в плотных глинистых грунтах.
Места переломов продольного профиля стараются совмещать со стыками секций. Это облегчает конструкцию самих секций и устройство под неё основания.
Характерным примером является железнодорожный тоннель протяжённостью 5,8 км под заливом Сан-Франциско (рис. 2.75). Необходимость обхода сейсмоопасных участков в заливе и полигональная форма продольного профиля привели к искривлению продольной оси сооружения в горизонтальной и вертикальной
Рис. 2.75. Железнодорожный тоннель под заливом Сан-Франциско: 1 — вентиляционное здание на кессоном фундаменте, 2 — средний уровень моря, 3 — вентиляционное здание, возведённое в открытом котловане, 4 — уровень головки рельса
плоскостях. В результате этого из 57 секций тоннеля 15 имеют криволинейное очертание в плане и 4 — в профиле. Две секции представляют собой отрезки спирали, криволинейные в обеих плоскостях.
Форма поперечного сечения подрусловой части определяется способом проходки и, в большинстве случаев, при применении щитового способа или способа опускных секций имеет круговое или прямоугольное очертание.
Глубина воды над тоннелем должна быть достаточной для судоходства.
Для борьбы с водой, появляющейся в эксплуатируемом сооружении, в самом низком месте тоннеля устраивают водоприёмник и размещают в нём насосную станцию небольшой мощности. Она используется для удаления сравнительной небольших объёмов воды, собирающейся в закрытой части тоннеля. В нижней части открытых рамп устраивают высокопроизводительные дренажные откачки для перехвата и удаления дождевых вод. Кроме этого, для предотвращения затопления подводного тоннеля предусматривают различные конструктивные решения (рис. 2.76).
Подводный коммуникационный тоннель в Свеаборге (Финляндия), построенный в 1980 году, имеет общую протяжённость
В процессе строительства и эксплуатации подземного сооружения возникают различные аварийные ситуации, связанные с ошибками в решениях изыскателей, проектировщиков, строителей и эксплуатационного персонала. Принятие того или иного решения зависит от множества объективных и субъективных условий и факторов. Учесть все условия и факторы, а затем активно на них воздействовать, не всегда возможно. Соответственно и принятое решение может иметь различный исход, как желательный, т.е. правильный, так и нежелательный — ошибочный. В любом случае, появляется неопределённость в прогнозировании исхода ситуации, т.е. имеется лишь некоторая вероятность достижения результата, или риск.
Риском принято называть вероятность достижения желательного или нежелательного результата от принятого решения*.
Как известно из теории вероятностей, вероятность р может принимать значения от 0 до 1. При р = 1 имеется полная уверенность в достижении запланированного результата, прир = 0 можно быть уверенным в том, что запланированный результат достигнут не будет. В обоих случаях для прогнозирования риска необходима полная и достоверная информация об объекте. Любое промежуточное значение р свидетельствует о недостаточности и (или) недостоверности информации для выработки правильного решения.
Все риски, возникающие при проектировании, строительстве и эксплуатации подземного сооружения, можно условно классифицировать:
— по природе возникновения: внешние, обусловленные различными внешними факторами (инженерно-геологическими и гидрогеологическими условиями, сбоями в поставках строительных материалов и оборудования или поставками некачественных материалов, проблемами финансирования и пр.), и внутренние, возникшие внутри системы (некачественно проведённые инженерные изыскания, нарушения технологий производства работ, вы-
* В данном разделе, в основном, излагаются основы теории производственных рисков применительно к подземному строительству.
ход из строя проходческого оборудования, нарушения строительных норм и правил техники безопасности и т.д.);
— по принадлежности: ошибки изыскателей, проектировщиков, строителей, эксплуатационного персонала, поставщиков строительных материалов и оборудования, заказчика, инвестора и др.;
— по времени возникновения и проявления: ошибка, возникшая при инженерно-геологических изысканиях или при проектировании, может проявиться лишь при строительстве или, что ещё хуже, при эксплуатации сооружения. Примером подобных ошибок может служить Лужнецкий метромост в Москве, а также широко известные аварии, связанные с прорывами плывунов в тоннели метрополитенов Москвы и Санкт-Петербурга;
— по продолжительности проявления негативных последствий: длительные и кратковременные;
— по интенсивности проявления и ущербу: крупные и местные;
— по степени влияния на результат: незначительные — не оказывающие влияния на само сооружение, сроки строительства, не имеющие человеческих жертв и крупных материальных последствий; значительные — приводящие к изменению конфигурации или трассы подземного сооружения, увеличению сроков строительства, длительному выходу из строя проходческого оборудования, приводящие к травмам и гибели людей и крупным материальным последствиям; катастрофические, результатом которых является прекращение строительства или невозможность эксплуатации подземного объекта;
— по реальности проявления — прогнозируемые и фактические.
Неизбежность возникновения рисков в процессе строительства и эксплуатации подземного сооружения требует разработки и применения методов прогнозирования рисковых ситуаций и реагирования на них для исключения или минимизации последствий.