§ 6. НАЗНАЧЕНИЕ ВЫСОТНОГО ПОЛОЖЕНИЯ И МЕСТ ПОРТАЛОВ ТОННЕЛЕЙ
При преодолении высотного препятствия большое значение имеет высота расположения перевального тоннеля, определяющая длину последнего. Тоннели, пересекающие водораздел у его подошвы, носят название базисных, или подошвенных; расположенные у вершины — вершинных.
Выбор высоты расположения тоннеля определяется рядом факторов, которые должны быть учтены.
Важное значение имеет топография местности, в первую очередь характер склонов пересекаемого горного массива.
В большинстве случаев крутизна склонов увеличивается с подъемом, и если в нижней части горного массива небольшое смещение тоннеля кверху вызывает значительное сокращение его длины, то в средней части повышение уровня расположения тоннеля мало влияет на изменение длины тоннеля. В то же время с подъемом увеличиваются крутизна и изрезанность склонов, затрудняющие трассирование и постройку подходов (в связи с необходимостью заходов трассы в боковые долины, пересечение которых часто затруднительно), а длина последних резко увеличивается. Особое значение имеет длина подходов к тоннелю в районах с большими атмосферными осадками, так как в этом случае необходимо проводить мероприятия по защите дороги от лавин и заносов. При оценке гидрометеорологических факторов серьезное внимание следует уделять также направлению, силе и влажности господствующих ветров, так как от этих факторов зависит заносимость подходов к тоннелю и возможность его естественного проветривания.
Решающее значение для принятия решения могут иметь геологические и гидрогеологические факторы: неустойчивость косогоров, наличие оползневых и карстовых явлений, а также участков осыпей в районе намечаемых подходов требуют специальных технических мероприятий (перенос подходов на отдельных участках трассы в глубь горного массива, устройство галерей, селеспусков и т.п.), стоимость которых может оказаться весьма значительной. Необходимо считаться также с возможностью размыва дорожного полотна горными потоками, которая возрастает с увеличением высоты подъема и крутизны склонов.
На высотное положение тоннеля влияет также род транспорта, для которого тоннель предназначен, так как род транспорта определяет допустимые уклоны и радиусы кривых. Поэтому высота пересечения может быть выше для автодорожных тоннелей, чем для тоннелей железнодорожных, а для последних при электрической тяге выше, чем при паровой или тепловозной.
Выбор высотного положения тоннеля необходимо обосновать и с экономических позиций, т.е. сравнить по стоимости несколько технически целесообразных вариантов.
Сравнивают участки железной или автомобильной дороги, включающие подходы и тоннель, между двумя точками (А и Б), за которыми трасса дороги по всем вариантам одинакова (рис. 16).
Несмотря на большее протяжение подходов при более высоком расположении тоннеля (2-й вариант), величина строительных расходов С для варианта с ниже расположенным тоннелем (1-й вариант) обычно оказывается большей (С1 > С2) вследствие высокой стоимости тоннеля. Однако 1-й вариант обладает несомненными эксплуатационными преимуществами. Длина линии между точками А и Б является меньшей, отсутствует необходимость бесполезного подъема перемещаемых по линии грузов на значительную высоту, уклоны линии могут быть уменьшены, а скорости движения увеличены, отпадает необходимость в мероприятиях по защите линии от заносов и осыпей. Вследствие этого годовые эксплуатационные затраты Э по 1-му варианту значительно меньше, чем по 2-му варианту (Э2 > Э1). Если принять 1-й вариант, то потребуется n лет, чтобы за счет сокращения эксплуатационных расходов окупить избыточные в сравнении со 2-м вариантом капитальные затраты. Срок окупаемости
лет.
(2)
При сравнительно небольшом сроке окупаемости (10—15 лет) целесообразно принять базисное решение, как более соответствующее основному направлению технической политики на железнодорожном транспорте — увеличению пропускной способности и грузооборота транспортных магистралей.
Однако и при большом сроке окупаемости может быть принят вариант базисного расположения тоннеля, как более прогрессивный.
Примером экономической целесообразности перехода от вершинного к базисному расположению перевального тоннеля является первоначальный проект замены существующего Сен-Готардского тоннеля длиной 14,98 км, пересекающего Центральные Альпы на высоте 1100—1145 м над уровнем моря, Большим Сен-Готардским тоннелем длиной 45 км на высоте 280—470 м (по принятому проекту длина тоннеля составляет 16,32 км).
В условиях социалистического хозяйства денежные показатели не имеют такого решающего значения, как в хозяйстве капиталистическом. Выбор варианта следует делать на основе оценки всех характеризующих варианты факторов с учетом народнохозяйственного значения принимаемого решения.
При выбранной высоте пересечения длина тоннеля определяется местами расположения его входов — порталов.
Положение порталов назначают из экономических и конструктивных соображений с учетом конкретных местных условий. При этом необходимо иметь в виду, что увеличение глубины предпортальной выемки вызывает увеличение стоимостей портала, а также срезки и укрепления лобового откоса, расположенного над ним. Значительная срезка лобового склона горного массива нарушает устойчивость пород над припортальным участком и требует проведения на большой высоте значительных земляных работ, которые в этих условиях трудно механизировать.
Кроме того, глубина выемки ограничивается свойствами пород, в которых ее устраивают. В неблагоприятных геологических условиях создание глубоких выемок связано с возможностью образования оползней и обвалов и ухудшает условия безопасности движения.
Опыт проектирования показывает, что в глинистых породах глубина предпортальной выемки не должна превосходить 12—15 м. В скальных породах глубина выемки может достигать 20—25 м, однако обычно ее устраивают значительно меньшей. Это объясняется тем, что при крутом лобовом откосе горного массива уменьшение глубины предпортальной выемки резко сокращает объем земляных работ в выемке и над порталом, вызывая сравнительно небольшое увеличение длины тоннеля.
Минимальную глубину предпортальной выемки в скальных породах назначают так, чтобы над обделкой предпортальных колец оставался достаточный слой породы (около 2—3 м), обеспечивающий возможность проходки припортального участка закрытым способом по единой технологической схеме, принятой при постройке тоннеля.