Тоннели. 
Область применения и классификация тоннелей

Тоннели — сложный для осуществления и дорогой вид искусственных сооружений, достаточно широко применяемый при строительстве железных и автомобильных дорог. По своим конструктивным формам, размерам и условиям строительства тоннели в транспортном строительстве отличаются от других видов подобных сооружений — гидротехнических, коммунальных, промышленных, горно-разведочных и специального назначения.

Горные тоннели могут быть перевальными, сооружаемыми через высокие водоразделы; косогорными, прокладываемыми вдоль склонов гор; петлевыми и спиральными (рис. 20.1), сооружаемыми для развития трассы дорог в горных условиях.

В крупных городах в нашей стране с населением более 1 млн. жителей, сооружают метрополитены.

Как наиболее удобный вид городского пассажирского транспорта тоннели метрополитенов прокладывают в городах по направлениям наибольших пассажиропотоков.

При устройстве метрополитенов в пределах застроенных участков городов они прокладываются под поверхностью земли, иногда по геологическим и топорельефным условиям на большой глубине. На окраинах городов устраиваются наземные участки на так называемых «вылетных» линиях, предназначенных для связи метрополитенов с пригородными электрифицированными железными дорогами.

Городские пешеходные тоннели сооружают в местах интенсивного уличного движения для обеспечения движения потоков городского транспорта и пешеходов в разных уровнях и для повышения безопасности движения.

Рис. 20.1. Горные железнодорожные тоннели

Элементы тоннелей. Тоннель любого назначения размещается в горной выработке — искусственно созданной полости в толще земной коры. Грунты, слагающие земную кору, принято называть в тоннелестроении горными породами. Горные выработки могут быть горизонтальными, наклонными и вертикальными. При строительстве горных тоннелей и метрополитенов горизонтальные или с небольшим уклоном выработки делаются для основных подземных сооружений. Горизонтальные выработки небольшой длины называют камерами.

Наклонные выработки необходимы для эскалаторных тоннелей, вертикальные — для стволов шахт (рис. 20.2). Горизонтальная или наклонная горная выработка, как правило, небольшого сечения, предназначенная для производства строительных работ, называется штольней и сооружается в первую очередь.

Вертикальная горная выработка, имеющая выход на поверхность земли, носит название ствола шахты 2. В большинстве случаев стволы оставляют в качестве постоянных сооружений для вентиляции тоннелей и других эксплуатационных целей. Начало и конец тоннеля ограничиваются порталами /.

Торцовая поверхность горной выработки, где ведется разработка породы, называется забоем 3. Верхняя (сводчатая) часть горизонтальной или наклонной выработки носит название колотты 5, остальная часть — штроссы 4. Выработка 8 ограничивается внизу подошвой 7, вверху — кровлей 6, с боков — стенами 9.

Очертание и обделка тоннелей. По характеру строительства тоннели могут быть закрытого способа работ, строящиеся без вскрытия земной поверхности над ним, и открытого — в создаваемых котлованах.

Размеры и очертания внутреннего свободного пространства — горной выработки транспортных тоннелей — зависят от размеров и формы подвижного состава и размещаемого в них оборудования. Поперечное сечение железнодорожных тоннелей и тоннелей метрополитенов определятся требованиями габарита и может быть рассчитано на один или два пути (тоннели для трех путей встречаются крайне редко).

Поперечное сечение автодорожного тоннеля определяется классом дороги и числом полос движения, а также другими требованиями — подвеска контактного провода, устройство освещения, сигнализации.

При сооружении тоннеля породу удаляют по всему его поперечному сечению. Пространство, образованное после удаления породы, называют тоннельной выработкой. Тоннельные выработки, как правило, закрепляют по всему контуру или частично как на время производства работ, так и для постоянной эксплуатации.

Конструкцию, служащую для постоянного закрепления тоннельной выработки, называют обделкой. Входные звенья обделки горных тоннелей, называемые порталами, несколько выдвинуты вперед.

Очертание обделки внутри тоннеля может быть подковообразным (см. рис. 1.7, а) для горных тоннелей, круговым (см. рис. 1.7, б) для глубоких тоннелей метрополитенов закрытого способа работ, прямоугольным (см. рис. 1.7, в) для тоннелей.

мелкого заложения открытого способа работ и др. Обделка обыч, но состоит из свода или плоского перекрытия, стен и обратного свода или плоского лотка. При благоприятных гидрогеологических условиях обделку горных тоннелей делают неполной, т. е. без обратного свода (лотка) или только с верхним сводом.

Рис. 20.2. Основные горные выработки

Обделки в настоящее время возводят из монолитного или сборного железобетона и чугуна. Монолитную обделку применяют преимущественно для горных тоннелей, имеющих сложное очертание поперечного сечения.

Сборную железобетонную обделку в виде блоков или тюбингов широко применяют при закрытом способе сооружения метрололитенов и в отдельных случаях в горных тоннелях, а при открытом — в виде блоков отдельных сборных элементов (например, стены и блоки перекрытия) или цельносекционных блоков.

Чугунную, а иногда и стальную обделку применяют с щитовым способом лроходки в слабых породах, при значительном горном давлении, большом притоке грунтовых вод и наличии на поверхности зданий и сооружений, осадка оснований которых недопустима.

Комплекс сооружений тоннеля. Нормальная эксплуатация тоннеля обеспечивается комплексом согласованно работающих подземных и наземных сооружений и устройств, состав которых зависит от назначения, протяженности и места расположения тоннеля.

Железнодорожные и автодорожные тоннели, равно как и метрополитены, кроме железнодорожного пути или полотна проезжей части, должны иметь водоотводные, вентиляционные, оградительные и защитные сооружения и устройства, обеспечивающие безопасность движения и обслуживающего персонала.

Водоотводные устройства необходимы для удаления из тоннеля воды, проникающей через обделку или поступающей из водопровода при уборочных работах. Выполняются они в виде продольных лотков или труб, прокладываемых посередине или сбоку тоннеля.

Вентиляционные сооружения предназначены для очистки воздуха в тоннелях. Конструкция и состав этих сооружений зависят от системы вентиляции и длины тоннеля. При искусственной вентиляции могут сооружаться вентиляционные стволы, подземные камеры или наземные здания для вентиляторов.

К оградительным и защитным сооружениям относятся порталы, облицовочные и поддерживающие стены вдоль откосов предпортальных выемок, улавливающие стены и надолбы с заградительными валами и траншеями на пологих склонах, галереи в припортальных полувыемках на крутых косогорах, где имеется опасность обвалов, осыпей и лавин.

К водозащитным сооружениям относятся водосборные и водоотводные канавы на склонах гор, прорезаемых тоннелем, поверхностные и подземные дренажи.

К устройствам, обеспечивающим безопасность движения, относятся электрическое освещение тоннелей, оповестительная и заградительная сигнализации, телефонная связь, противопожарные установки и т. п.

Метрополитены из всех типов тоннелей отличаются наиболее сложным комплексом сооружений и устройств. Основными сооружениями метрополитена являются перегонные тоннели, станции, вестибюли, тяговые и понизительные электроподстанции, вагонные депо.

Для нормальной эксплуатации перегонных тоннелей необходимы вспомогательные сооружения: камеры для водоотливных установок, вентиляционные камеры и тоннели, вертикальные стволы вентиляционных шахт. В местах выхода перегонных тоннелей на поверхность устраиваются рампы — открытые выемки с подпорными стенами.

Станции метрополитена предназначены для посадки в поезда и высадки пассажиров и осуществления эксплуатационным персоналом функций, связанных с движением поездов. Станционные тоннели делаются большего поперечного сечения, чем перегонные.

В них размещается одна или несколько пассажирских платформ, к которым примыкают лестничные спуски, наклонные тоннели с эскалаторами. Под платформами и в специальных камерах оборудуются служебные помещения. Вестибюли могут быть наземными с расположением пола пассажирского зала примерно на уровне тротуара улицы и подземные. В подвальной части вестибюля при наличии эскалаторов устраивают машинное помещение.

К подземным вестибюлям примыкают подходные коридоры, часто совмещаемые с пешеходными переходами под улицами и площадями.

Тяговые и понизительные электроподстанции предназначены для питания электроэнергией тяговых двигателей электропоездов, двигателей экскалаторов, вентиляционных, водоотливных и других установок, устройств освещения, связи и СЦБ.

Вагонные депо размещаются на поверхности и соединяются с тоннелями метрополитена вытяжной веткой. Депо имеет необходимое путевое развитие и здание для составов электропоездов. При депо строят производственные мастерские службы пути, сооружения СЦБ и связи, электроснабжения эскалаторов, склады и служебно-бытовые помещения.