а — рамиа подката на насыпь выше уровня затопления, б — герметический затвор на въезде в рампу, в — затвор на стыке рампы и закрытой части; / — насыпь перед въездом в рампу, 2 — водонепроницаемое ограждение по контуру,
3 — дождевой водосборник,
4 — камера рампового затвора, 5,7 — затворы, 6 — камера притоннельного затвора, 8 — водоприёмник, 9 — парапет
1265 м, площадь поперечного сечения около 13 м 2 . В тоннеле проложены тепло- и водопровод и электрические кабели (рис. 2.77). Части потолка и стен тоннеля покрыты набрызгбето-ном. В самой низкой точке установлен насос для откачки дренажных вод.
В Норвегии запроектирован первый в мире автомобильный плавающий тоннель диаметром 20 м и протяжённостью 1440 м, заанкеренный в грунт (рис. 2.78). В тоннеле предполагается разместить двухполосную проезжую часть, пешеходную и велосипедную дорожки. В нижней части будет размещён балласт и инспекционный проход.
В 2001 году в Москве, в составе транспортной развязки на пересечении Волоколамского шоссе с ул. Свободы, введён в эксплуатацию уникальный тоннель под каналом им. Москвы
Рис. 2.77. Поперечный и продольный разрезы туннеля. Свеаборг. Финляндия
Рис. 2.78. Плавающий тоннель. Норвегия
Рис. 2.79. План трассы тоннеля под каналом им. Москвы
(рис. 2.79). В составе общего комплекса строительно-монтажных работ был выполнен перенос большого числа подземных коммуникаций и устройство коллекторов, разборка существующих и возведение новых гидротехнических сооружений канала, реконструкция существующих тоннелей под каналом. Трасса тоннеля состоит из двух участков: первый длиной около 160 м, возведённый как единая монолитная железобетонная конструкция без промежуточных деформационных швов. Второй участок, протяжённостью около 240 м, состоит из девяти секций, разделённых промежуточными деформационными швами. В поперечном сечении тоннель представляет собой двухсекционную коробку с размерами 7,9×28,7 м, предназначенную для пропуска пяти полос движения (рис. 2.80).
Рис. 2.80. Поперечное сечение тоннеля под каналом им. Москвы
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
Подводные тоннели могут использоваться при создании постоянно действующей транспортной связи через водное препятствие (реку, канал, озеро, водохранилище). Они наилучшим образом соответствуют условию обеспечения бесперебойного движения транспорта на обеих пересекающихся магистралях (наземной и водной) и обладают следующими преимуществами перед мостами:
не нарушают бытового режима водотока;
не препятствуют судоходству, полностью сохраняя существующий характер акватории;
защищают транспортные средства от неблагоприятных атмосферных воздействий;
обеспечивают бесперебойное и круглогодичное движение транспорта на участке пересечения водотока;
сохраняют местоположение береговых сооружений и устройств, сводят к минимуму число зданий и сооружений, подлежащих сносу на. подходах к пересечению;
практически не нарушают архитектурный ансамбль города’.
Технико-экономическое сравнение мостового и тоннельного перехода показывает, что подводный тоннель имеет более высокую стоимость строительства, однако эксплуатационные расходы на содержание мостов, особенно низководных, значительно выше, чем тоннелей [Копыленко, Цыпин, 1999].
В целом, подводные тоннели наиболее часто используются в следующих топографических и. инженерно-геологических условиях:
широкий водоток с плоскими, низкими, нередко застроенными берегами;
ложе водотока образовано толщей слабых грунтов, распространяющихся на достаточно большую глубину, в их основании лежат более прочные грунты;
движение наземного или водного транспорта на участке пересечения характеризуется высокой интенсивностью и постоянством в течение суток.
Кроме того, предпочтение тоннельному варианту отдают при наличии паводков и мощных ледоходов, проходящих при высо-
ких уровнях воды, неустойчивости русла, а также по требованиям градостроительного характера.
В зависимости от расположения относительно дна водотока различают (рис. 2.72):
подводные тоннели, целиком заглублённые в грунтовый массив;
тоннели на дамбах или отдельных опорах; «плавающие» тоннели, заанкеренные тросовыми оттяжками в русловое ложе.
Подводные тоннели на дамбах, тоннели-мосты и «плавающие» тоннели эффективны при пересечении глубоких водных преград. При их использовании сокращается длина перехода, улучшаются эксплуатационные показатели трассы.
Рис. 2.72. Типы подводных тоннелей:
а — заглублённый в дно, б — на дамбе, в — на опорах, г — «плавающий» тоннель; 1 — закрытая часть, 2 — рампы, 3 — дамба, 4 — опоры, 5 — тросовые оттяжки
Выбор в городской черте месторасположения подводного тоннеля определяется характером планировки и застройки городских участков, топографическими условиями местности и способом строительства. Обычно тоннельное пересечение стараются располагать перпендикулярно оси водотока, что позволяет уменьшить длину сооружения и упростить его возведение и эксплуатацию. В условиях плотной застройки берегов возможно устройство косого пересечения водной преграды.
Подводный тоннель может располагаться как на прямой, так и на криволинейной в плане трассе. Искривление в плане трассы тоннеля вызвано необходимостью огибания препятствий: зон размыва, островов, искусственных подводных сооружений; либо, наоборот, стремлением подхода к острову для устройства вентиляционных шахт или раскрытия дополнительных забоев.
Наиболее характерны, кроме прямолинейных, следующие варианты расположения подводного тоннеля в плане:
для размещения руслового участка на прямой, в пределах береговых участков, трассу тоннеля располагают на кривых (рис. 2.73, а);
подходные береговые участки подводного тоннеля попадают на разные стороны поворота, поэтому ось тоннеля в плане располагают на кривой (рис. 2.73, б);
Рис. 2.73. Характерные случаи криволинейной в плане трассы подводных тоннелей
1 — ось перехода, 2 — линии берегов, 3 — горизонтали рельефа, 4 — островок
из-за несовпадения осей подводных участков на обоих берегах водотока, криволинейные участки пути располагают вблизи урезов воды, а весь тоннель имеет в плане вытянутую S-образную форму (рис. 2.73, в);
для организации промежуточной стройплощадки, связанной с изменением способа строительства или, при необходимости, устройства вентиляционной шахты, используются естественные или искусственные острова в русле водотока, что допускает искривление трассы тоннеля в плане (рис. 2.73, г).
В любом случае необходимо соблюдать нормативные требования к элементам криволинейных участков дороги и их взаимному сопряжению.
Продольный профиль тоннеля (рис. 2.74) может проектироваться двускатным вогнутого очертания, с плоским нижним разделительным участком, либо, при значительной протяжённости сооружения, разделительный участок заменяют двумя элементами продольного профиля с уклонами, направленными от середины тоннеля к берегам водотока. В местах намечаемого сопряжения уклонов, при их большой алгебраической разности, назначают элементы переходной крутизны, обеспечивающие выполнение нормативных требований к продольному профилю. В особо длинных подводных тоннелях может проектироваться более сложная полигональная или многоскатная форма продольного профиля, диктуемая отметками дна по трассе тоннеля и условиями обеспечения минимальных глубин заложения.
с 7
Рис. 2.74. Варианты продольного профиля подрусловой части подводного тоннеля:
а — односкатный, б — двухскатный