§ 69. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О ПОДВОДНЫХ ТОННЕЛЯХ И ОСОБЕННОСТЯХ ИХ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ч. 2

Продольный профиль подводных тоннелей (рис. 228) имеет 2 ската, обычно представленных цепной линией и направленных к подрусловой части (см. рис. 228, а). Сопрягающий участок обычно имеет минимальный односкатный уклон 3—5 ‰ обеспечивающий естественный водосток к пониженной точке профиля.

В некоторых случаях в зависимости от рельефа дна русла сопрягающую часть целесообразно располагать на двускатном профиле с минимальным уклоном каждого ската 2—3 ‰ от середины русла к берегам (см. рис. 228, б). В этом случае достигается меньшее заглубление трассы, а следовательно, и ее укорочение.

Общие требования и нормативы технических условий на проектирование продольного профиля железнодорожных и автодорожных магистралей полностью распространяются и на участки подводных тоннельных трасс.

В отличие от горных тоннелей смягчение продольного уклона в подводных железнодорожных тоннелях осуществляется только в пределах тоннеля. Это объясняется тем, что при выходе локомотива за пределы тоннеля по вогнутому профилю полностью реализуется касательная сила тяги локомотива. Требуемое смягчение уклона в пределах тоннеля определяется по общим правилам, приведенным в первом разделе.

Выбор вариантов очертания продольного профиля и привязка его точек, перелома выполняются с учетом местных условий рельефа дна и берегов. Оптимальным следует признать вариант, который обеспечивает лучшие тягово-эксплуатационные условия при минимальных объемах строительных работ.

При установлении величины уклонов в автодорожных тоннелях необходимо учитывать некоторые особенности движения в этих тоннелях:

• – тоннель, исключая короткие входные участки, закрыт от осадков;
• – температурный режим в тоннеле более ровный и в целом более благоприятный, чем на открытых участках дороги;
• – постоянный ток воздуха способствует быстрому просыханию проезжей части после попадания на нее случайной влаги;
• – при значительной общей стоимости тоннеля оправдано применение в нем покрытий усовершенствованных типов, обеспечивающих благоприятные условия сцепления и отличающихся другими высокими эксплуатационными качествами.

Правильный учет указанных особенностей позволяет повысить максимальный уклон в тех случаях, когда его определяют в зависимости от силы тяги, ограниченной по сцеплению.

В составе подводного тоннеля двускатного вогнутого профиля можно выделить следующие главные элементы (рис. 229): подходные участки L₁ и L₂ и подводную часть L_п. Границами между этими участками служат горизонтальные проекции уреза поверхности воды пересекаемого водотока (или водоема) при меженном уровне.

В составе подходных участков можно выделить так называемую рампу — огражденную снизу и с боков железобетонную конструкцию, отделяющую собственно тоннель от земляного полотна дороги.

Подходным участкам железнодорожных тоннелей обычно придают максимально допустимые уклоны i_max = (0,7÷0,9)i_рук, постепенно смягчаемые ступенями L_рук/2 по мере приближения к подрусловой части, что и создает цепную линию. Последней в зависимости от рельефа дна русла и длины перехода придают односкатный или двускатный профиль с минимальным уклоном от 2 до 5 ‰.

В автодорожных тоннелях уклоны необходимо сопрягать при помощи вертикальных кривых. Величину радиуса сопряжения определяют из требования, чтобы водитель всегда видел проезжую часть на расстоянии пути торможения. При больших значениях биссектрисы вертикальных углов (более 15 см) тоннель замкнутой конструкции на участках сопряжений необходимо осуществлять по вертикальным кривым, что и следует учитывать при проектировании продольного профиля.

Общая длина тоннельного перехода Lтопределяется как сумма горизонтальных проекций длин всех элементов продольного профиля между нулевыми точками, т.е. L_T = L₁ + L₂ + L_п.

Сокращение общей длины подводного перехода может быть достигнуто путем выхода на пойменную насыпь, уменьшением глубины заложения тоннеля, применением герметических щитов или использованием специальных способов сооружения тоннеля.

Выход на пойменную насыпь применяется при благоприятном рельефе места перехода (см. рис. 229). В этом случае соответствующая подходная часть тоннеля может быть расположена в зоне низкого берега и вынесена на пойменную насыпь, что приведет к смещению нулевой точки и, следовательно, к укорочению перехода.

Чтобы отыскать оптимальное решение, необходимо разработать все конкурирующие варианты и сопоставить их в технико-экономическом отношении.

Вопрос о выборе мест расположения порталов при проектировании подводных тоннелей имеет такое же существенное значение, как и для горных тоннелей. От расположения порталов зависит длина подводной части перехода, а следовательно, объемы, сроки и стоимость строительства. От этого фактора зависят такие эксплуатационные показатели перехода, как время пробега поезда (или автомобиля), расходы электроэнергии (или топлива), стоимость вентиляции, освещения и водоотлива.

Следует различать два возможных случая устройства подходов к подводным тоннелям: непосредственно от выемки к тоннелю и с устройством промежуточной рампы.

Первый случай соответствует незатопляемым береговым участкам, когда открытая выемка непосредственно примыкает к порталу тоннеля. Место перехода может быть определено из технико-экономического сопоставления 1 пог. м выемки и тоннеля с учетом всех дополнительных факторов, рассмотренных в разделе II.

Практический диапазон глубин выемки в зависимости от устойчивости пород находится в пределах от 12 до 15 м.

Второй случай (рис. 230) характерен для затопляемых береговых участков, а также для городских условий.

Рампа 1 представляет собой железобетонную корытообразную конструкцию переменной высоты, предохраняющую головную часть тоннеля от затопления. Отметка верха торцовой и боковых частей рампы и отметка лотка в нулевой точке рампы должны превышать высший исторический уровень воды не менее чем на 1 м (с учетом ледохода и высоты волны). Рампа в пределах от нулевой точки до портала имеет нарастающую высоту, что может быть выполнено при монолитном железобетоне в виде плавного перехода, а при сборном железобетоне — в виде ступенчатого. Если высота рампы превышает габарит приближения строений, целесообразно применять распорки 2.

Место перехода от рампы к тоннелю может быть определено из технико-экономических соображений с учетом дополнительных факторов, а также по конструктивным условиям (предельно допустимая высота рампы). В месте сопряжения с тоннелем устраивают водосборник 3 для перехвата дождевых вод и насосную установку.