Глава 2
ПЛАН И ПРОДОЛЬНЫЙ ПРОФИЛЬ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ И АВТОДОРОЖНЫХ ТОННЕЛЕЙ
§ 5. ТРЕБОВАНИЯ К ПЛАНУ И ПРОФИЛЮ ТОННЕЛЬНЫХ УЧАСТКОВ ТРАССЫ (ч. 1)
Железнодорожные тоннели. Применение тоннелей на высокогорных участках железнодорожных линий расширяет возможности их трассирования и улучшает условия эксплуатации.
План и профиль пути в тоннеле проектируют по нормам, установленным для открытых участков трассы (см. СНиП II-Д.1-62), с учетом особенностей, связанных с расположением линии в подземной выработке.
Рекомендуется располагать тоннели на прямых участках пути, так как тоннели, расположенные на кривых, имеют существенные недостатки. К ним относятся: необходимость уширения габаритов приближения строений на кривых (см. § 26), вызывающего увеличение размеров выработки и объема работ по сооружению тоннельной обделки; усложнение подземной разбивки оси тоннеля; увеличение износа рельсов (особенно на кривых малых радиусов), находящихся во влажном воздухе тоннеля в неблагоприятных условиях; ухудшение условий вентиляции. Однако в ряде случаев расположение тоннелей на кривых является неизбежным.
Необходимость в устройстве тоннелей часто возникает на напряженных ходах, прокладываемых с максимально возможным уклоном трассирования: руководящим уклоном ip или уклоном кратной тяги iкр, уменьшенным на величину удельного сопротивления iэк на кривых.
Если уклон местности превышает допустимый уклон трассирования, приходится прибегать к искусственному развитию линии, т.е. удлинять ее, чтобы преодолеть разность высот начальной и конечной точек.
При этом трассу прокладывают по горным склонам в виде извилистой линии с использованием особенностей рельефа местности (рис. 9). Благоприятным для развития линии является наличие боковых долин, впадающих в главную долину. Заход линии в боковую долину (рис. 9, а) или в две боковые долины, расположенные недалеко одна от другой (рис. 9, б), позволяет устроить петлю большого протяжения с набором значительной высоты. При этом возникает необходимость в сооружении тоннелей.
В случае отсутствия боковых долин или их неудобства для развития линии последнее выполняют на склонах главной долины в виде комбинации петель (рис. 10). Для резкого изменения направления линии, проходящей по склону долины, используют открытые выемки или петлевые тоннели (рис. 10, а).
В случае невозможности петлевого развития (узкие долины с крутыми изрезанными склонами) применяют развитие линии с устройством спирального тоннеля, обеспечивающего необходимый подъем линии внутри горного массива с поворотом ее на 360° (рис. 10, б). В месте пересечения, осуществляемого в разных уровнях, сооружают путепровод, а при достаточном слое пород над сводом нижнего тоннеля его используют в качестве основания для верхнего пути.
Для преодоления значительных высотных препятствий развитие линии часто дополняют устройством перевального тоннеля, соединяющего склоны соседних долин (см. рис. 1). Это позволяет понизить уровень пересечения препятствия, соответствующий выходу на перевал с устройством открытой выемки, и сократить длину подходов.
По рекомендациям СНиП (II-Д.1-62) радиусы кривых в тоннелях должны быть, как правило, не менее 600 м. Однако в случае петлевых и спиральных тоннелей выполнение этого требования связано со значительным увеличением их длины, пропорциональной величине радиусов, и строительной стоимости. При соответствующем технико-экономическом обосновании величину минимального радиуса можно принять равной 400 м, а в трудных горных условиях — уменьшить по согласованию с МПС до 250 м (на линиях I и II категорий).
Трассирование линии вдоль изрезанных берегов озер и морей сопряжено с необходимостью сооружения тоннелей при пересечении мысов (рис. 11). Длина мысового тоннеля тем больше, чем больше радиус кривой, на которой он расположен. Очевидно, и в этом случае целесообразно рассмотреть вопрос об уменьшении радиуса кривой, чтобы сократить капитальные затраты на строительство тоннеля, имея, однако, в виду, что наличие кривой малого радиуса не должно ограничивать скорости движения поездов на данном участке. Это возможно в том случае, если тоннель расположен на горбе профиля и поезд подходит к нему со скоростью, меньшей допустимой на кривой принятого радиуса.
Перевальные тоннели, обеспечивающие пересечение высотного препятствия, устраивают, как правило, на прямой (рис. 12). Лишь входные участки перевального тоннеля часто находятся на кривых, так как подходы к ним располагают вдоль склонов. В этом случае целесообразна пробивка так называемой визирной штольни, являющейся продолжением прямолинейной оси основной части тоннеля. Наличие визирной штольни обеспечивает значительные удобства при производстве работ (облегчение разбивки оси тоннеля, транспорта и отвала породы, улучшение вентиляции подземной выработки),
В сложных случаях развития возникает необходимость в сооружении ряда тоннелей различных типов.
В продольном профиле тоннели устраивают односкатными и двускатными. Односкатный профиль (рис. 13) имеют тоннели, устраиваемые при развитии линии, так как их используют для набора высоты (петлевые, спиральные, мысовые, а также короткие перевальные тоннели; двускатный профиль (рис. 14) имеют перевальные и подводные тоннели.
Достоинством тоннелей с односкатным профилем является значительная разность высот между порталами, обеспечивающая тепловой напор, способствующий естественной вентиляции во время постройки тоннеля (после сбойки передовых забоев) и его эксплуатации, и быстрое удаление воды благодаря крутым уклонам. Основным недостатком тоннелей с односкатным профилем является трудность удаления воды, поступающей в выработку, при проходке с верхнего портала. В этом случае вода стекает к забою, что отрицательно отражается на скорости проходки даже при хорошо налаженном искусственном водоотливе. Наличие естественной тяги после сбойки улучшает проветривание выработки, но имеет и недостатки, так как поступление в забой свежего воздуха с большими скоростями (особенно в зимнее время) может вызвать простудные заболевания у рабочих и ухудшить условия твердения бетона тоннельной обделки. Поэтому односкатный профиль применяют главным образом в тоннелях на кривых, используемых для набора высоты, а в перевальных и мысовых тоннелях — лишь при их коротком протяжении, позволяющем выполнить работу в установленные сроки при проходке с одного нижнего портала.
Двускатные тоннели лишены отмеченных недостатков (кроме подводных, требующих искусственного водоотлива), но естественная вентиляция их затруднена вследствие недостаточности теплового напора.