Изыскания трассы тоннелей
|
При изыскании трассы автомобильных дорог в тяжелых условиях их расположения на местности возникает необходимость преодолевать природные препятствия в плане — контурные и в профиле — высотные. К контурным препятствиям относят районы действия оползней и карстов, осыпей, лавин и снежных заносов, водотоки и водоемы, а также населенные пункты; к высотным — все формы рельефа земной поверхности, которые оказывают влияние на расположение трассы, т. е. холмы, горные хребты и водоразделы. Устройство тоннеля — наиболее эффективное средство расширения технических возможностей преодоления таких препятствий вместо их обхода, связанного со значительным развитием трассы. Тоннели должны обеспечивать безопасность, бесперебойность движения транспорта и простоту их эксплуатации в течение длительного срока. Контурные препятствия влияют преимущественно на план трассы, а в некоторых случаях и на ее профиль, что предопределяет высотное расположение проектируемой дороги. Обход контурных препятствий связан с удлинением трассы, а следовательно, и увеличением эксплуатационных расходов. Поэтому в некоторых случаях оказывается более целесообразным не обход, а преодоление такого препятствия с применением специальных сооружений — мостов, эстакад и тоннелей. Кроме того, при больших размерах препятствия и его особом расположении иногда обход вообще невозможен. Тоннели могут быть наиболее целесообразным решением в техническом и экономическом отношениях в случае пересечения мощных оползней и осыпей, лавиноопасных участков, крупных водотоков и водоемов, а также при развязках интенсивного городского движения. Пересечение оползня тоннелем, расположенным в зоне устойчивых пород, экономически выгоднее, чем эстакадой, если мощность оползающих масс более 5 м. При большой мощности осыпей, характерных для скальных косогоров круче 30—35°, сложенных из трещиноватых выветривающихся пород, наиболее целесообразно пересечение осыпи тоннелем или, в некоторых случаях, крытой галереей. На перевальных участках горных дорог, где вследствие большой крутизны склонов и мощного снегового покрова возникает опасность образования лавин, тоннели и галереи могут обеспечить безопасность и бесперебойность движения транспорта. В сложных условиях преодоления водных преград при изысканиях дорог возникает необходимость сравнения вариантов подземного и надземного расположения трассы, т. е. вариантов тоннеля и моста. По сравнению с мостами подводные тоннели имеют ряд важных преимуществ, главнейшие из которых: отсутствие воздействия ударов льда и волн при пересечении крупных рек и проливов; возможность почти полной механизации строительных работ при щитовой проходке; в городских условиях меньшая длина тоннельного перехода; независимость строительных работ от сезонных колебаний уровня воды, ледохода и др.; отсутствие помех судоходству. К недостаткам подводных тоннелей следует отнести более продолжительный срок их постройки, необходимость устройства вентиляции и постоянного освещения, а также периодического искусственного водоотлива. Сравнивая стоимости тоннельного и мостового переходов, необходимо всегда сопоставлять в экономическом отношении конкурирующие варианты с учетом современных методов скоростного тоннельного строительства. В городских условиях при развязке интенсивного движения на магистральных улицах тоннели применяют для пропуска транспорта всех видов и пешеходного движения. Расположение тоннелей увязывают с системой организации автомобильного движения и пешеходов, с проектом планировки улиц и площадей, а также с рельефом местности. В состав подземного транспортного пересечения входят два рамповых участка и один тоннельный, обеспечивающие для магистралей двустороннее движение городского транспорта по три полосы в каждом направлении. В отдельных случаях могут быть тоннели и для одностороннего движения. В городах на автотрассах широко применяют подземные сооружения— городские (и подводные) дорожные тоннели и пешеходные. Классификация городских тоннелей учитывает многие факторы: 1) раздельное движение легковых и грузовых автомобилей для обеспечения требуемой скорости движения; 2) разделение тоннелей по направлениям и видам движения; такое разделение может быть обеспечено и в одном тоннеле при помощи тротуара, балюстрады или площадок; 3) специализацию дорог по роду движения (грузовое движение, на разветвлениях, местного значения и т. п.); 4) специализацию дорог по скорости и интенсивности движения (подземные автомобильные дороги больших скоростей и для больших грузовых перевозок). Пешеходные тоннели на улицах, магистралях и площадях с интенсивным движением городского транспорта обеспечивают пешеходам полную безопасность и в отдельных случаях могут быть совмещены с подземными вестибюлями станций метрополитена. Расположение пешеходных тоннелей в плане должно быть, как правило, перпендикулярно к направлению городского проезда, но с учетом конкретных условий городской застройки и, главным образом, подземных коммуникаций. В зависимости от интенсивности и направления движения пешеходов в состав тоннеля входят односторонние или двухсторонние лестничные сходы, располагаемые на тротуарах городских проездов, с расстоянием ограждающих парапетов до проезжей части магистрали не менее 0,4 м. На части ширины лестничных сходов предусматривают пандусы. Высотные препятствия при трассировании автомобильной дороги приходится преодолевать обходом их, развитием линии с подъемом на перевал и устройством глубокой выемки и, как правило, сооружением тоннеля. Нетоннельное решение приводит к увеличению длины трассы, применению крутых уклонов и к необходимости защиты высоко расположенных участков дороги от лавин и обвалов при помощи галерей. Тоннельное пересечение высотного препятствия дает возможность значительного улучшения всех эксплуатационных показателей дороги. В процессе изысканий трассы тоннелей снимают план, составляют продольный профиль, определяют длину, очертание и размеры поперечного сечения сооружения; в горных условиях важнейшая задача изысканий — определение высоты расположения тоннелей.  При изыскании трассы перевального тоннеля могут быть рассмотрены два его основных варианта (рис. 1.1): вершинный и подошвенный. Первый прорезает горный массив в верхней части и требует значительного развития подходов, располагаемых на открытых участках трассы, с применением крутых подъемов; второй — в его основании при небольшой длине подходов и пологих подъемах. Вершинный тоннель всегда короче подошвенного, но общее протяжение трассы и преодолеваемая высота в этом случае больше. Таким образом, для трассы с вершинным тоннелем в сравнении с подошвенным характерно относительное уменьшение строительной стоимости и увеличение эксплуатационных расходов. Совместный учет этих показателей даст возможность правильно оценить сравниваемые варианты. Рассматривая варианты вершинный и подошвенный, необходимо руководствоваться размерами ожидаемого движения по дороге и отдавать предпочтение вершинному тоннелю лишь при малой интенсивности движения, а подошвенному при более значительной. Сравнению должны быть подвергнуты участки автомобильной дороги, включающие тоннель и подходы к нему между точками, общими для сравниваемых вариантов трассы. Строительная стоимость по подошвенному варианту C1 обычно больше, чем по вершинному C2, несмотря на большое протяжение подходов во втором случае. Это объясняется высокой стоимостью сооружения тоннеля. В то же время эксплуатационные показатели первого варианта трассы, несомненно, выше, так как длина линии, бесполезный подъем и величина уклонов по этому варианту сравнительно меньше и, следовательно, скорости движения — больше. Кроме того, здесь отпадает необходимость дополнительных мер по защите дороги от заносов, осыпей и лавин. Вследствие этого годовые эксплуатационные расходы по подошвенному варианту Э1 значительно меньше, чем по вершинному Э2. Коэффициент эффективности E капиталовложений может быть выражен формулой  нормативный срок окупаемости (в годах), в течение которого можно окупить избыточные по сравнению с другим вариантом капитальные затраты за счет сокращенных по первому варианту эксплуатационных раходов —  Кроме этих общих положений необходимо учитывать ряд конкретных условий, оказывающих влияние на выбор высоты расположения тоннеля. К ним относятся прежде всего топографические условия, которые определяют техническую возможность развития трассы на подходах. В особо неблагоприятных случаях, когда невозможно развить трассу за счет боковых долин, используют террасы и склоны главной долины, что значительно затрудняет постройку и эксплуатацию подходов к тоннелю в косогорных условиях и снижает эффективность вершинного варианта. Трассирование подходов к подошвенному тоннелю обычно представляет меньшие трудности. На условия постройки и эксплуатацию подходов к тоннелям влияют такие факторы, как оползни, обвалы, осыпи, а в некоторых районах и сейсмические явления. При выборе вершинного тоннеля следует учитывать также необходимость защиты подходных участков от снежных лавин, размывов и заносов. Для этого требуются данные о высоте линии вечного снега, количестве годовых осадков, средней высоте снегового покрова, средних зимних температурах, а также данные о направлении и силе преобладающих ветров. Кроме этого, высокое расположение перевального участка влияет на состояние организма находящегося там человека, испытывающего так называемую горную болезнь, и на работу двигателей внутреннего сгорания из-за разрежения атмосферы. Повышение скорости и интенсивности движения автомобилей сопряжено с необходимостью повышения требований к техническим характеристикам автомобильной дороги; поэтому тоннели являются столь же эффективными сооружениями на них, как и на железных дорогах. Успехи современной техники тоннелестроения, удешевление строительства длинных тоннелей, более точный учет роста грузооборота и пассажирских перевозок позволяют более уверенно и чаще применять подошвенные тоннели на перевальных участках. В практике эксплуатации существующих перевальных участков известны случаи замены открытых пересечений тоннельными, а вершинных тоннелей — подошвенными. Места перехода от открытой выемки к тоннелю должны быть выбраны на основании учета геологических и экономических данных. От качества пород и состояния откосов зависит устойчивость прорезанного выемкой массива, а следовательно, длина и глубина выемки. Места расположения входов в тоннель должны удовлетворять условию приблизительного равенства строительной и эксплуатационной стоимостей погонной единицы тоннеля и подходной выемки. Оптимальную в данных условиях глубину выемки определяют, исходя из известных единичных стоимостей тоннеля и выемки. В некоторых случаях бывает необходимо обеспечить условия сохранности ценных насаждений, а также требования естественной маскировки оголовков тоннелей-порталов, что приводит к удлинению тоннеля. В скальных породах глубина выемки может достигать максимальная до 25 м, а минимальная с учетом оставления над обделкой в предпортальном участке слоя породы в 3 м., обеспечивающего возможность сооружения этого участка закрытым способом. В глинистых породах глубина выемки не должна превосходить 15 м. На выбор места входа в тоннель оказывают также влияние и условия строительства: расположение строительной площадки, подъездных путей, карьеров местных материалов, источников водоснабжения и т. п. Все это делает поставленную задачу сложной и требует комплексного разрешения. При изысканиях трассы подводного тоннеля главной задачей следует считать выбор оптимальной глубины заложения тоннеля под руслом водотока. В зависимости от геотехнических условий, способов строительства тоннеля, требований судоходства и специальных требований глубину заложения верха тоннеля принимают в 1—1,5 м при способе заводных (опускных) секций и 5—10 м при щитовой проходке. В особых случаях эта глубина может быть значительно большей. При выборе мест расположения входов тоннеля следует исходить из условия их незатопляемости. Открытые подходные участки обычно закрепляют бетонными или железобетонными конструкциями, так называемыми рампами, верх которых должен быть на 1 м выше наивысшего горизонта воды с учетом подпора и волны. |
