§ 5. ТРЕБОВАНИЯ К ПЛАНУ И ПРОФИЛЮ ТОННЕЛЬНЫХ УЧАСТКОВ ТРАССЫ (ч. 2)

Особым случаем является сооружение тоннелей в суровых климатических условиях, где большое значение имеет быстрый отвод воды, проникающей в тоннель. В таких тоннелях рекомендуется, как правило, устраивать односкатный профиль с продольным уклоном не менее 6‰.

По условиям водоотвода уклон в тоннеле не должен быть менее 3‰. Лишь в исключительных случаях допускается уменьшение продольного уклона до 2‰. Горизонтальные разделительные площадки, уменьшающие разность сопрягаемых в тоннеле уклонов, могут иметь длину от 200 до 400 м. При этом естественный сток воды к границам площадки обеспечивается переменной глубиной водоотводного лотка, имеющегося в тоннеле. Более целесообразна замена разделительной площадки двумя участками, имеющими встречные уклоны 3‰.

Максимальный уклон, допустимый в тоннеле, меньше максимального уклона на открытом участке, т.е. в тоннеле необходимо смягчение уклона. Причиной этого являются снижение в тоннеле коэффициента сцепления между рельсами и колесами локомотива и наличие воздушного сопротивления при движении подвижного состава, действующего в тоннеле как поршень.

Уменьшение сцепления обусловлено повышенной влажностью воздуха в тоннеле, ведущей к образованию пленок воды на головках рельсов. При хорошей вентиляции, а также в сухих тоннелях влажность воздуха сравнительно невелика и падение коэффициента сцепления менее существенно.

Воздушное сопротивление зависит от ряда факторов (скорость движения подвижного состава, степень заполнения им поперечного сечения тоннеля, сопротивление тоннеля как воздуховода) и составляет от 0,2 до 1 кгс/тс. Оно больше в однопутных и меньше в двухпутных тоннелях и повышается с увеличением длины тоннеля.

Сравнивая значения силы тяги по сцеплению на открытом участке и в тоннеле, можно получить величину максимального уклона, допустимого в тоннеле, расположенном на прямой.

Практически максимальный допускаемый уклон в тоннеле на кривой находят по формуле

iт = miрiэк,
(1)

где ip — руководящий уклон; iэк — уклон, эквивалентный сопротивлению на кривой; т — коэффициент смягчения уклона, принимаемый по табл. 1, взятой из СНиП II-Д.8-62 (его величина назначена с учетом воздушного сопротивления, испытываемого поездом в тоннеле).

Таблица 1

Коэффициенты т для определения наибольшего уклона пути в тоннеле

Длина тоннеля, км До 0,3 0,3–1,0 1,0–3,0 Более 3,0
m 1,0 0,90 0,85 От 0,80 до 0,75 (в зависимости от длины тоннеля)

Смягчение уклона должно быть произведено не только в самом тоннеле, но и на подходе к нему со стороны подъема на участке, длина которого равна полезной длине приемо-отправочных путей раздельных пунктов данной линии (рис. 15). Это требование вызвано необходимостью уменьшить сопротивление движению состава на подходе к тоннелю, так как локомотив, войдя в тоннель, уменьшает силу тяги по сцеплению и при отсутствии смягчения не сможет втянуть состав в тоннель.

Автодорожные тоннели. План и продольный профиль тоннельных участков дорог должны удовлетворять требованиям для открытых участков (см. СНиП II-Д.5-62) и некоторым дополнительным положениям, приведенным ниже.

Смягчение уклона на подходе к тоннелю
Рис. 15. Смягчение уклона на подходе к тоннелю

При проектировании автодорожных тоннелей желательно их располагать на прямых. Тоннели на кривых, неизбежные при развитии линии, обладают следующими недостатками: необходимость увеличения ширины проезжей части с устройством виражей для обеспечения безопасности движения; трудности подземной разбивки оси сооружения; ухудшение видимости, имеющей большое значение в тоннеле для безрельсового транспорта, особенно при встречных потоках автомашин.

Поэтому минимальный радиус кривой в автодорожном тоннеле принимают равным 250 м. При этом обеспечивается плавное движение автомашин с расчетными скоростями. В исключительно сложных условиях рельефа или в черте городской застройки радиус кривой можно уменьшить до 100 м при специальном обосновании.

Продольный профиль тоннеля проектируют с учетом возможности улучшения естественной тяги воздуха, для чего необходима разность высот порталов. При длине горного тоннеля до 300 м обязательно применение односкатного профиля, в благоприятных условиях обеспечивающего естественное проветривание.

При большей длине тоннеля характер продольного профиля выбирают на основании технико-экономического сравнения вариантов.

Тоннели при развитии линии, используемые для набора высоты, устраивают, как правило, односкатными.

Двускатные тоннели обеспечивают естественную тягу лишь при наличии вентиляционных шахт, но более удобны в эксплуатации и не требуют искусственного водоотлива при проходке.

Городские и подводные тоннели устраивают двускатными.

По условиям водоотвода продольный уклон в тоннеле принимают равным не менее 4 ‰. Короткие горизонтальные разделительные элементы профиля протяжением 250—500 м заменяют обычно двумя элементами профиля с уклоном 3 ‰ от середины к концам.

Наличие в автодорожном тоннеле хорошей вентиляции, ровный температурный режим, отсутствие осадков и усовершенствованное дорожное покрытие делают условия эксплуатации автомобильной дороги в тоннеле лучшими, чем на открытом участке. Коэффициент сцепления колес автомобиля с полотном дороги в тоннеле (за исключением входных участков протяжением 75—125 м) достигает 0,4—0,5. Воздушное сопротивление движению автомашин невелико вследствие малого заполнения ими поперечного сечения тоннеля. Поэтому по условиям сцепления уклон в тоннеле не ограничивается. Но в тоннелях длиной более 300 м не следует допускать уклонов более 40 ‰ так как при больших уклонах резко возрастает расход горючего и соответственно увеличивается объем воздуха, необходимого для вентиляции.

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