Глава 24 СПЕЦИАЛЬНЫЕ СПОСОБЫ СООРУЖЕНИЯ ПОДВОДНЫХ ТОННЕЛЕЙ
§ 103. ВИДЫ ТОННЕЛЬНЫХ ПЕРЕХОДОВ ЧЕРЕЗ ВОДНЫЕ ПРЕГРАДЫ И ИХ СРАВНЕНИЕ
Выбор способа постройки подводного тоннеля зависит от ширины и глубины пересекаемого водоема или водотока, скорости течения, а также от интенсивности судоходства в месте постройки тоннеля.
В некоторых случаях целесообразно строительство тоннеля открытым способом с использованием временных насыпных дамб, ограждающих участки производства работ. Под защитой дамб проводят водоотлив, искусственное водопонижение и земляные работы по раскрытию выемки, в которой возводится конструкция тоннеля. Готовый участок тоннеля засыпают грунтом, дамбу разбирают и насыпают на следующем участке.
Примером открытого способа может служить сооружение тоннеля под Северным каналом в Голландии, показанного на рис. 365. В осушенной при помощи системы многоярусного водопонижения А, В и С выемке рядом размещены два тоннеля: левый — двухпутный железнодорожный, правый — четырехполосный автомобильный.
Значительно более широко применяется постройка подводных тоннелей способом опускных секций, которые представляют собой отдельные звенья конструкции длиной до 150 м. Секции изготовляют подобно судам на стапелях или в сухих доках, сплавляют к месту постройки, опускают поочередно на подготовленное основание и стыкуют под водой. Постройка секций выполняется индустриальными способами, а процесс их сборки в готовый тоннель сравнительно мало трудоемок. Если все секции для тоннеля изготовлены, то сама сборка протекает в короткие сроки, измеряемые несколькими неделями или месяцами.
В зависимости от условий подводные тоннели из опускных секций могут быть расположены на различных основаниях (рис. 366). При глубине русла 20—30 м секции опускают на дно котлована, подготовленного подводным землечерпанием (рис. 366, а). Глубина котлована назначается с таким расчетом, чтобы после засыпки секции и восстановления прежнего уровня дна водного препятствия над тоннелем залегал слой грунта толщиной не менее 2 м.
При больших глубинах и малых скоростях течения секции тоннеля можно размещать на подводной насыпи, если такое сооружение не вызывает помех судоходству (см. рис. 366, б). В случае значительных глубин водного препятствия секции тоннеля устанавливают на отдельные опоры (см. рис. 366, в, продольный разрез). Последний вариант получил название тоннеля-моста. В этом случае так же, как и при использовании насыпей, тоннель не должен стеснять судоходство.
Из рассмотренных вариантов основания чаще применяют опускание тоннеля на дно подводного котлована. Случай расположения тоннеля на насыпи — редкий. Использование для поддержки секций тоннеля-моста отдельных опор пока нашло выражение только в форме проектов.
В современной практике подводного тоннелестроения выработались оптимальные глубины расположения тоннеля относительно среднего горизонта воды. Они находятся в пределах 20—35 м. Такая глубина не вызывает больших нагрузок от гидростатического давления, обеспечивает безопасный пропуск судов и позволяет в случае необходимости использовать труд водолазов.
С изобретением щитового способа проходки тоннельные переходы через водные преграды стали конкурировать с мостовыми переходами. Появление в начале XX в. конструкций подводных тоннелей из опускных секций усилило эту конкуренцию, значительно потеснив мостовые способы переходов (см. § 71).
При сравнении двух тоннельных вариантов, одного — со щитовой проходкой, а другого —из опускных секций, необходимо иметь в виду, что щитовой вариант требует значительного заглубления тоннеля относительно дна водотока в устойчивые породы с целью исключения возможности прорыва сжатого воздуха, а также тенденции к всплытию. Вариант из опускных секций требует минимального заглубления и, кроме меньшей бесполезной высоты подъема грузов при эксплуатации, отличается большей индустриальностью изготовления элементов сооружения и меньшей трудоемкостью их сборки. Кроме того, при этом способе отпадает необходимость ведения работ под сжатым воздухом. Конструктивные формы опускных секций отличаются значительно большим разнообразием, чем у тоннелей, сооружаемых щитами.