§ 2. ТОННЕЛИ КАК СРЕДСТВО ПРЕОДОЛЕНИЯ ПРЕПЯТСТВИЙ ПРИ ТРАССИРОВАНИИ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Тоннель является эффективным средством расширения возможностей трассирования пути сообщения в трудных условиях, позволяющим преодолеть препятствие вместо его обхода.

Препятствия делят на высотные и контурные.

К высотным препятствиям относят холмы, хребты и водоразделы. При трассировании железной или автомобильной дороги возможны три решения: обход высотного препятствия, развитие линии с подъемом на перевал и устройством глубокой выемки и, наконец, сооружение тоннеля, соединяющего склоны высотного препятствия (рис. 1).

Преодоление высотного препятствия
Рис. 1. Преодоление высотного препятствия

При обходе препятствия имеет место значительное удлинение линии и увеличение уклонов, которое в случае железной дороги может потребовать на отдельных участках применения кратной тяги, а также вызвать ухудшение эксплуатационных показателей пути сообщения.

При развитии линии с открытым пересечением перевала ее длина получается меньшей, чем в первом случае, но потребность в применении больших уклонов возрастает; возникает необходимость в защите высоко расположенных участков линии от снежных заносов, лавин и обвалов путем устройства галерей и других инженерных сооружений.

Пересечение высотного препятствия при помощи тоннеля значительно сокращает длину линии и позволяет уменьшить уклоны, вследствие чего создается возможность увеличения весовых норм и скоростей движения, ликвидируются лишние подъемы и пробеги, характерные для двух первых решений, и улучшаются эксплуатационные показатели пути сообщения. Однако сооружение тоннеля, особенно расположенного в подошве высотного препятствия и имеющего в связи с этим большую длину, вызывает значительное увеличение капитальных затрат.

Поэтому выбор трассы пути сообщения производят на основании технико-экономического сравнения вариантов. При этом учитывают народнохозяйственную важность увеличения пропускной и провозной способности путей сообщения в свете задач, поставленных перед транспортом партией и правительством.

К контурным препятствиям относят участки оползней, осыпей, лавин и снежных заносов, водотоки и водоемы, а также участки густой застройки. Оползни и осыпи угрожают стабильности земляного полотна и безопасности движения при долинных и косогорных ходах. При оползнях малой мощности возможно расположение пути на эстакадах, опирающихся на ненарушенные породы, в сочетании с противооползневыми мероприятиями. Однако при мощных (более 5 м) оползнях и наличии глубоких потоков подземных вод наиболее правильным решением задачи часто является перенос трассы в глубь горного массива — за пределы оползневой зоны (рис. 2). Это же решение может оказаться целесообразным при наличии в районе трассы мощных осыпей, возникающих на скальных косогорах (круче 30—35°), сложенных из трещиноватых выветрелых пород. Защита пути от снежных лавин и заносов требует больших эксплуатационных расходов и серьезных инженерных мероприятий вплоть до устройства на опасных участках галерей из камня, бетона или железобетона.

Поэтому в ряде случаев отказываются от открытого пересечения перевала и сооружают тоннель вне зоны, опасной в отношении лавин и заносов (см. рис. 2).

Преодоление участков оползней, осыпей и снегозаносимости
Рис. 2. Преодоление участков оползней, осыпей и снегозаносимости

При преодолении водных препятствий необходимо сделать выбор между мостом и тоннелем, т.е. между надземным и подземным расположением трассы (рис. 3). В сравнении с мостовым переходом тоннельное пересечение имеет следующие преимущества: отсутствие помех судоходству; защищенность от ветра, льда, волн; меньшая длина пересечения при высоком габарите судов и широкой пойме; удобство подходов к пересечению в густозастроенных населенных пунктах.

Преодоление водного препятствия
Рис. 3. Преодоление водного препятствия

Однако тоннельное решение имеет ряд недостатков. При тоннельном пересечении необходима мощная вентиляция, без которой часто невозможна эксплуатация подводного тоннеля. Работы по сооружению тоннеля производят узким фронтом при ограниченном числе забоев, вследствие чего срок сооружения тоннеля, как правило, больше, чем срок сооружения моста. Стоимость тоннельного пересечения может быть выше стоимости мостового перехода, так как для сооружения тоннеля необходимо выполнить больший объем земляных работ, чем при сооружении моста. Однако следует иметь в виду, что с увеличением ширины водного препятствия стоимость 1 пог. м моста увеличивается, а стоимость 1 пог. м тоннеля уменьшается; с увеличением высоты моста возрастают объемы земляных работ на подходах.

В отношении безопасности производства работ мостовой переход не имеет преимуществ по сравнению с тоннельным пересечением. Проходка подводных тоннелей специальными (герметическими) щитами обеспечивает полную безопасность работ и гарантирует их своевременное выполнение, причем может производиться в течение всего года независимо от сезона и климатических условий.

Особенно возрастают преимущества тоннельного пересечения при сооружении тоннеля из крупных секций, изготовляемых на берегу и опускаемых в котлован, устраиваемый по оси пересечения подводным землечерпанием.

Выбор между мостовым переходом и тоннельным пересечением делают на основании технико-экономического сравнения с учетом всех перечисленных выше соображений.

В условиях современного города увеличение провозной способности пути сообщения требует его расположения вне улиц: на эстакадах или в тоннелях. Эстакадный вариант обладает рядом недостатков, к которым относят: загромождение поверхности опорами эстакад, создающими помехи городскому движению; нарушение эстакадами городского архитектурного ансамбля; затемнение домов, шум от движущихся с большой скоростью поездов, преобразование.

По перечисленным соображениям обычно отдают предпочтение тоннельному варианту внеуличного транспорта (метрополитен, глубокий железнодорожный ввод, автодорожные тоннели на перекрестках).

Волков В.П., Наумов С.Н., Пирожкова А.Н., Храпов В.Г. Тоннели и метрополитены