Строительство подводных тоннелей

ПОДВОДНЫЙ ТОННЕЛЬ — предназначен для преодоления водного препятствия  с целью пропуска транспортных средств  и пешеходов, прокладки инженерных коммуникаций и др. Подводные тоннели  в отличие от мостов не нарушают режим водотока, не препятствуют судоходству, защищают транспортные средства или коммуникации от неблагоприятных атмосферных воздействий, а при расположении в городе в минимальной степени нарушают архитектурный ансамбль. Преимущества подводных тоннелей по сравнению с мостами в значительной степени возрастают при пологих берегах водотока и при интенсивном судоходстве. 

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. п одходах 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.

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 высоких 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.

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);
• 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.

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 свой ств гр унтов, 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—3м 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 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

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 набрызгбетоном . 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. В тоннеле предполагается разместить двухполосную проезжую часть, пешеходную и велосипедную дорожки. В нижней части будет размещён балласт и инспекционный проход.

Должно  выполняться условие, что глубина  воды над тоннелем должна быть достаточной  для судоходства.

Норвегия - страна фьордов (узкий, извилистый и глубоко врезавшийся в сушу морской залив со скалистыми берегами. Длина фьорда в несколько (чаще всего, в десятки) раз превосходит ширину. Берега фьорда в большинстве случаев образованы скалами высотой до 1000 метров). Сильно изрезанный фьорд очень удлиняет путь по берегу. Для соединения двух берегов очень разветвленного фьорда потребовалось бы преодолеть 1400 метров водного пространства. Построить обычный мост мешала глубина фьорда - 155 метров. Тогда было решено проложить первый в мировой практике туннель в виде трубы, погруженной в воду.  
 
        Диаметр такой трубы составит двенадцать метров. Еще не решено, будет труба стальной или бетонной. (ст) Кроме проезжей части, которую предполагают сделать двухполосной. Пропускная способность туннеля составит, по расчетам, 2500 автомобилей ежедневно.  
 
       Сложнейшее условие, которое необходимо соблюсти - добиться устойчивости туннеля - этого требует безопасность движения автотранспорта. Труба должна противостоять течению, которое во фьорде достигает 60 сантиметров в секунду, и возможным землетрясениям.  
            В конкурсе на лучший проект приняли участие четыре норвежские строительные фирмы: три из них предполагали подвесить туннель на понтонах, четвертая предложила закрепить трубу на длинных штангах, заделанных в морское дно. Общая стоимость строительства - более 60 миллионов долларов.  
          Известно, что такого рода сухопутной транспортной магистрали нуждается Италия - для связи городов Калабрия на юге Италии и Мессина на острове Сицилия. А Японии необходим туннель через Сангарский пролив на остров Хоккайдо.  
        А так же есть предложения ученых соединить Россию и Аляску. Это тоже реально, особенно если учесть, что Берингов пролив – мелкий и глубина его нигде не превышает 100 м. Наверняка этот тоннель стал бы одним из выдающихся сооружений планеты.