Установление величины наибольшего и наименьшего уклонов в тоннеле
|
При движении автомобиль, вытесняя впереди себя некоторый объем воздуха, испытывает его сопротивление. Ввиду дополнительного сжатия струй воздуха в стесненном зазоре между автомобилем и обделкой это сопротивление увеличивается. Проведя известную аналогию между движением в тоннеле поезда и автомобиля, можно установить величину дополнительного сопротивления. Вследствие значительного отличия в сравнении с открытыми участками в величинах скорости и давления воздуха перед автомобилем, а также в зазоре между ним и обделкой тоннеля, наблюдаются следующие явления: 1) перед автомобилем и за ним от разности давлений воздуха появляется дополнительная сила W1, вызванная сопротивлением тоннеля,  2) изменяется дополнительный подпор впереди автомобиля вследствие перемещения им воздуха; 3) увеличивается сила трения воздуха о стенки автомобиля из-за высокой турбулентности потока и увеличения скорости воздуха v' в зазоре; 4) изменяется величина разрежения воздуха за автомобилем. Если рассмотреть схему движения воздуха со скоростью vот = V0—vB и в зазоре vз=v0—v', приняв, таким образом, автомобиль неподвижным (рис. 1.5), легко получить зависимости:  Обозначим через Wt сопротивление автомобиля в тоннеле как сумму основного и дополнительного сопротивлений, а через W0 сопротивление автомобиля на открытой трассе. Тогда измененение условий прохождения автомобилем тоннеля будет характеризоваться величиной  Известно, что дифференциальное уравнение движения автомобиля выражается формулой   Так как по первоначальному условию значения Pk и M d2s/dt2 в тоннеле должны сохраниться теми же, что и на открытых участках, неизменным должно остаться и W.  Ho на открытых участках  Обычно Wк в тоннеле и на открытых участках одинаковы, а так как в тоннеле Wв больше, чем на открытых участках, то для сохранения равенства необходимо уменьшить Wi. Сопротивление от уклона  Сопротивление воздуха в тоннеле, выраженное через сопротивление на открытых участках,  Таким образом, необходимое снижение максимального уклона в тоннеле (в процентах) составляет:  Условия сцепления колес автомобиля с полотном дороги в тоннеле и на открытом участке существенно отличаются друг от друга. Известно, что на величину коэффициентов сцепления полного φ и бокового φ2 существенно влияет состояние покрытия. При грязи и гололедице эти коэффициенты уменьшаются. Поэтому нельзя не учитывать некоторых особенностей движения в тоннелях: а) тоннель, исключая короткие входные участки, закрыт от осадков; б) температурный режим в тоннеле более ровный и в целом более благоприятный, чем на открытых участках дороги; в) постоянный ток воздуха способствует быстрому просыханию поверхности проезжей части после попадания на нее случайной влаги (например, после уборки); г) при значительной общей стоимости тоннеля оправдано применение в нем покрытий усовершенствованных типов, дающих благоприятные условия сцепления и отличающихся другими высокими эксплуатационными показателями. Нельзя не считаться, однако, и с тем, что воздух в тоннеле обычно довольно влажный. Это может вызывать периодическое отложение некоторого количества конденсационной влаги на поверхности проезжей части. Поэтому, если за счет перехвата и дренажа обеспечена защита от воды внутренних участков тоннеля, то для таких участков величина коэффициента сцепления φ может быть принята, как для более сухой поверхности, в пределах 0,4—0,5. Лишь для коротких входных участков, равных 75—125 м, необходимо сохранить те же нормы, что и для открытой дороги, поскольку автомобили сюда могут переносить на колесах грязь и влагу. Таким образом, максимальный уклон может быть повышен в тех случаях, когда его определяют в зависимости от силы тяги, ограниченной по сцеплению, а главное на спусках в двухполосных тоннелях с раздельным движением. При определении максимального уклона следует пользоваться указанными значениями коэффициента сцепления. Продольный уклон в горных тоннелях может быть не более 40‰. Для беспрепятственного стока попадающей воды не следует устраивать тоннели или их отдельные участки на горизонтальной площадке. Лоток, образованный проезжей частью и бордюром, обычно служит для стока воды к ближайшему водоприемнику. Минимальный уклон тоннеля (и лотка) обычно назначают равным 4%о с учетом типа покрытия, способа пропуска воды через тоннель и длины последнего.  Короткие горизонтальные участки длиной 250—500 м применяют в горных тоннелях лишь на разделительных или переломных площадках между двумя скатами (рис. 1.6, а), а в подводных тоннелях — между двумя подъемами (рис. 1.6, б). Обычно в таких случаях эти площадки заменяют двумя элементами профиля с уклонами в 2‰ от середины площадки к ее концам и длиной, равной половине длины площадки (см. рис. 1.6). Уклоны в дорожных тоннелях, как и на открытых участках дороги, нужно сопрягать обязательно при помощи вертикальных кривых. Так как обгон и встречное движение по одной полосе в тоннелях исключены, величину радиуса сопряжения определяют из требования, чтобы водитель всегда видел проезжую часть на расстоянии пути торможения S, которое определяют с учетом сделанных выше указаний о величине коэффициента сцепления φ. При малых значениях биссектрисы вертикальных углов (до 10—15 см) вертикальную кривую можно выполнить только за счет толщины проезжей части. При больших ее значениях тоннель замкнутой конструкции приходится на соответствующих участках вести по вертикальным кривым. Это усложнение в работе следует учитывать при проектировании. Продольный профиль транспортных и пешеходных тоннелей проектируют с наименьшей глубиной заложения верха перекрытия от уровня проезжей части пересекающей дороги. Наименьший продольный уклон лотковой части принимают в 4‰, а наибольший в 40—60‰; поперечные уклоны проезжей части 15—25%о. В пешеходных тоннелях принимают те же нормативы, за исключением поперечного уклона, который ограничивают 10‰. Заложение лестничных маршей принимают не круче 1:2,3 при длине марша не более 14 ступеней и длине разделительной площадки в 1,5 м. |
