Первый в мире плавучий подводный авто туннель может появиться в норвегии. Подводные тоннели Подводные транспортные туннели
Читайте также
Подводные тоннели могут использоваться при создании постоянно действующей транспортной связи через водное препятствие (реку, канал, озеро, водохранилище). Они наилучшим образом соответствуют условию обеспечения бесперебойного движения транспорта на обеих пересекающихся магистралях (наземной и водной) и обладают следующими преимуществами перед мостами:
не нарушают бытового режима водотока;
не препятствуют судоходству, полностью сохраняя существующий характер акватории;
защищают транспортные средства от неблагоприятных атмосферных воздействий;
обеспечивают бесперебойное и круглогодичное движение транспорта на участке пересечения водотока;
сохраняют местоположение береговых сооружений и устройств, сводят к минимуму число зданий и сооружений, подлежащих сносу на подходах к пересечению;
практически не нарушают архитектурный ансамбль города.
Технико-экономическое сравнение мостового и тоннельного перехода показывает, что подводный тоннель имеет более высокую стоимость строительства, однако эксплуатационные расходы на содержание мостов, особенно низководных, значительно выше, чем тоннелей.
В целом, подводные тоннели наиболее часто используются в следующих топографических и инженерно-геологических условиях:
широкий водоток с плоскими, низкими, нередко застроенными берегами;
ложе водотока образовано толщей слабых грунтов, распространяющихся на достаточно большую глубину, в их основании лежат более прочные грунты;
движение наземного или водного транспорта на участке пересечения характеризуется высокой интенсивностью и постоянством в течение суток.
Кроме того, предпочтение тоннельному варианту отдают при наличии паводков и мощных ледоходов, проходящих при высоких уровнях воды, неустойчивости русла, а также по требованиям градостроительного характера.
В зависимости от расположения относительно дна водотока различают (рис.2.72):
подводные тоннели, целиком заглублённые в грунтовый массив;
тоннели на дамбах или отдельных опорах;
плавающие тоннели, заанкеренные тросовыми оттяжками в русловое ложе.
Подводные тоннели на дамбах, тоннели-мосты и плавающие тоннели эффективны при пересечении глубоких водных преград. При их использовании сокращается длина перехода, улучшаются эксплуатационные показатели трассы.
Выбор в городской черте месторасположения подводного тоннеля определяется характером планировки и застройки городских участков, топографическими условиями местности и способом строительства. Обычно тоннельное пересечение стараются располагать перпендикулярно оси водотока, что позволяет уменьшить длину сооружения и упростить его возведение и эксплуатацию. В условиях плотной застройки берегов возможно устройство косого пересечения водной преграды.
Подводный тоннель может располагаться как на прямой, так и на криволинейной в плане трассе. Искривление в плане трассы тоннеля вызвано необходимостью огибания препятствий: зон размыва, островов, искусственных подводных сооружений; либо, наоборот, стремлением подхода к острову для устройства вентиляционных шахт или раскрытия дополнительных забоев.
Наиболее характерны, кроме прямолинейных, следующие варианты расположения подводного тоннеля в плане:
Для размещения руслового участка на прямой, в пределах береговых участков, трассу тоннеля располагают на кривых (рис. 2.73, а);
Подходные береговые участки подводного тоннеля попадают на разные стороны поворота, поэтому ось тоннеля в плане располагают на кривой (рис. 2.73, б);
Из-за несовпадения осей подводных участков на обоих берегах водотока, криволинейные участки пути располагают вблизи урезов воды, а весь тоннель имеет в плане вытянутую S-образную форму (рис. 2.73, в);
Для организации промежуточной стройплощадки, связанной с изменением способа строительства или, при необходимости, устройства вентиляционной шахты, используются естественные или искусственные острова в русле водотока, что допускает искривление трассы тоннеля в плане (рис. 2.73, г).
В любом случае необходимо соблюдать нормативные требования к элементам криволинейных участков дороги и их взаимному сопряжению.
Продольный профиль тоннеля может проектироваться двускатным вогнутого очертания, с плоским нижним разделительным участком, либо, при значительной протяжённости сооружения, разделительный участок заменяют двумя элементами продольного профиля с уклонами, направленными от середины тоннеля к берегам водотока. В местах намечаемого сопряжения уклонов, при их большой алгебраической разности, назначают элементы переходной крутизны, обеспечивающие выполнение нормативных требований к продольному профилю. В особо длинных подводных тоннелях может проектироваться многоскатная форма продольного профиля, диктуемая отметками дна по трассе тоннеля и условиями обеспечения минимальных глубин заложения.
При проектировании продольного профиля подводного тоннеля большое внимание уделяется правильному назначению глубины заложения верха тоннеля относительно дна водотока или водоёма, которая назначается в зависимости от способа строительства и свойств грунтов.
Если подводная часть сооружается щитовым способом под сжатым воздухом, то, во избежание его прорыва, минимальную глубину заложения относительно линии возможных размывов назначают в зависимости от свойств грунтов, слагающих русловое ложе: 4-6 м в плотных глинистых грунтах, 8-10 м в слабых несвязных грунтах. Уменьшение толщины защитной кровли может достигаться устройством по дну водоёма, непосредственно над сооружением, защитного глиняного тюфяка толщиной 2-3 м и шириной 3-4 диаметра тоннеля.
При строительстве подрусловой части методом опускных секций глубина заложения тоннеля назначается не менее: 2,5- 3 м в слабых несвязных грунтах и 1,5-2 м в плотных глинистых грунтах.
Места переломов продольного профиля стараются совмещать со стыками секций. Это облегчает конструкцию самих секций и устройство под неё основания.
Характерным примером является железнодорожный тоннель протяжённостью 5,8 км под заливом Сан-Франциско (рис. 2.75). Необходимость обхода сейсмоопасных участков в заливе и полигональная форма продольного профиля привели к искривлению продольной оси сооружения в горизонтальной и вертикальной плоскостях. В результате этого из 57 секций тоннеля 15 имеют криволинейное очертание в плане и 4 - в профиле. Две секции представляют собой отрезки спирали, криволинейные в обеих плоскостях.
Форма поперечного сечения подрусловой части определяется способом проходки и, в большинстве случаев, при применении щитового способа или способа опускных секций имеет круговое или прямоугольное очертание.
Глубина воды над тоннелем должна быть достаточной для судоходства.
Для борьбы с водой, появляющейся в эксплуатируемом сооружении, в самом низком месте тоннеля устраивают водоприёмник и размещают в нём насосную станцию небольшой мощности. Она используется для удаления сравнительной небольших объёмов воды, собирающейся в закрытой части тоннеля. В нижней части открытых рамп устраивают высокопроизводительные дренажные откачки для перехвата и удаления дождевых вод. Кроме этого, для предотвращения затопления подводного тоннеля предусматривают различные конструктивные решения (рис. 2.76).
Подводный коммуникационный тоннель в Свеаборге (Финляндия), построенный в 1980 году, имеет общую протяжённость
1265 м, площадь поперечного сечения около 13 м 2 . В тоннеле проложены тепло- и водопровод и электрические кабели. В самой низкой точке установлен насос для откачки дренажных вод.
В Норвегии запроектирован первый в мире автомобильный плавающий тоннель диаметром 20 м и протяжённостью 1440 м, заанкеренный в грунт. В тоннеле предполагается разместить двухполосную проезжую часть, пешеходную и велосипедную дорожки.
В 2001 году в Москве, в составе транспортной развязки на пересечении Волоколамского шоссе с ул. Свободы, введён в эксплуатацию уникальный тоннель под каналом им. Москвы. Трасса тоннеля состоит из двух участков: первый длиной около 160 м, возведённый как единая монолитная железобетонная конструкция без промежуточных деформационных швов. Второй участок, протяжённостью около 240 м, состоит из девяти секций, разделённых промежуточными деформационными швами. В поперечном сечении тоннель представляет собой двухсекционную коробку с размерами 7,9x28,7 м, предназначенную для пропуска пяти полос движения (рис. 2.80).
3. Термины и определения
В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:
3.1 авария в тоннеле : опасное дорожно-транспортное происшествие, создающее угрозу жизни и здоровью людей и приводящее к повреждению или разрушению транспортных средств, элементов строительных конструкций или оборудования, а также нарушению движения в тоннеле.
3.2 автотранспортный тоннель : городское подземное (или подводное) сооружение, проходящее через грунтовый массив или под водным препятствием, для пропуска автотранспортных средств с целью развязки движения в разных уровнях (на пересечениях, примыканиях или разветвлениях магистралей), увеличения пропускной способности магистралей, преодоления высотных или контурных препятствий, подъезда к крупным городским центрам и др.
3.3 высотный габарит транспортной зоны тоннеля : наименьшее расстояние от верха покрытия дорожной одежды до элементов конструкции или оборудования, расположенного в верхней части тоннеля, обеспечивающее или ограничивающее проезд транспортного средства.
3.4 габарит приближения конструкций и оборудования : предельное очертание свободного пространства в плоскости, перпендикулярной продольной оси проезжей части, внутрь которого не должны входить никакие элементы сооружения или расположенных в нем оборудования или устройств.
3.5 дамба : сооружение в виде насыпи из грунтовых материалов трапецеидального сечения для регулирования водных потоков, преграждения снежных лавин и т. п.; верхнее полотно дамбы в ряде случаев используется для прокладки транспортных коммуникаций .
3.6 марка бетона по морозостойкости : количество циклов попеременного замораживания и оттаивания в воде, которые выдерживают образцы, изготовленные и испытанные на морозостойкость согласно требованиям действующих государственных стандартов
3.7 металлоизоляция : покрытие из стальных листов, объединенных с арматурным каркасом обделки..
3.8 наливной док : построечно-спусковое сооружение, имеющее, как и строительный док, ворота со стороны акватории , но дно наливного дока делается двухступенчатым: верхняя его часть находится выше уровня акватории, а в глубоководной части уровень воды при открытом затворе соответствует уровню акватории. Построечные места в наливном доке располагаются в верхней части бассейна или в смежных камерах, находящихся на одной отметке с верхней ступенью и отделённых от неё специальными затворами Наполняется верхняя ступень наливного дока с помощью насосов, а осушается – самотёком. Наливные доки, как и строительные, оснащаются кранами и оборудованием для заводки и вывода секций тоннеля.
3.9 обделка : несущая конструкция, ограждающая подземную выработку и образующая внутреннюю поверхность подземного сооружения.
3.10 опускные подземные сооружения : различного назначения, конструкции которых возводятся на земной поверхности, а затем опускаются на проектную глубину. Различают опускные сооружения: опускные колодцы, опускную (погружную) крепь, опускные секции подводных тоннелей, опускные тоннели-кессоны.
3.11 подводный тоннель: тоннель, сооружаемый под водным препятствием для пропуска транспортных средств и пешеходов, прокладки инженерных коммуникаций и др.
3.12 понтон: плавсредство, служащее для размещения на нем технологического оборудования.
3.13 портал тоннеля: конструкция для удержания откосов подходных выемок и архитектурно оформленный въезд или выезд из тоннеля,
3.14 притоннельное сооружение: подземное сооружение вспомогательного назначения, примыкающее к основному тоннелю или связанное с ним подземным переходом
3.15 проезжая часть тоннеля: элемент тоннеля, предназначенный для движения транспортных средств
3.16 режим закрытого забоя : режим щитовой проходки, при котором совмещается разработка грунта забоя с воздействием на его поверхность активного пригруза (грунтового и/или пеногрунтового, бентонитовой суспензией, сжатым воздухом), уравновешивающего действующее суммарное давление грунта в забое и гидростатическое давление.
3.17 режим открытого забоя: режим проходки, при котором проходку ведут в устойчивых грунтах. При водопритоке в забое и поступление воды по длине тоннеля применяется местный водоотлив.
3.18 рампа: сооружение, служащее для сопряжения закрытой части тоннеля с поверхностью земли.
3.19 служебный проход: выделенная у стены тоннеля с некоторым возвышением над уровнем проезжей части полоса, предназначенная для прохода по тоннелю служебного персонала.
3.20 солнцезащитный экран: строительная конструкция, устанавливаемая над примыкающем к въездному порталу участком дороги, для исключения попадания прямого солнечного света или снижения проникновения рассеянного дневного света на проезжую часть этого участка и предназначенная для яркостной адаптации водителя при въезде в автотранспортный тоннель.
3.21 сталежелезобетонные конструкции: железобетонные конструкции, включающие отличные от арматурной стали стальные листовые и фасонные элементы, работающие совместно с железобетонными элементами
3.22 секции подводного тоннеля (опускные ): элементы, из которых сооружают тоннель опускным спсобом.
3.23 сухой док: открытая площадка или котлован на берегу водотока, огражденный со всех сторон насыпными дамбами, высота которых должна быть достаточной для того, чтобы после затопления дока опускные тоннельные секции могли бы находиться на плаву с максимальной осадкой.
3.24 ТПМК: тоннелепроходческий механизированный комплекс (ТПМК)
3.25 тоннель-мост : разновидность подводного тоннеля, расположенного в толще воды на опорах мостового типа.
3.26 транспортная зона: основная часть тоннеля, служащая для проезда транспортных средств или часть комплексного подземного сооружения с расположенными в ней ездовым полотном, другими элементами строительных конструкций, а также эксплуатационным оборудованием, необходимым для использования тоннеля в качестве транспортного сооружения.
3.27 трасса тоннеля: линия, отображающая положение оси тоннеля в пространстве.
3.28 шов деформационный: конструктивный элемент для обеспечения возможности перемещения частей конструкции без силового воздействия элементов обделки друг на друга под влиянием их осадок, изменения температуры, усадки бетона и предупреждения образования трещин.
4. Общие положения
4.1 Подводные транспортные тоннели в течение всего срока их службы должны отвечать требованиям безопасности и бесперебойности движения транспортных средств, надежности и долговечности строительных конструкций, удобства и наименьшей стоимости их содержания в процессе эксплуатации, экологическим требованиям. Тоннели должны обеспечивать социально-экономический эффект, обусловленный уменьшением перепробегов транспортных средств, снижением дорожно-транспортных происшествий, общим улучшением транспортного обслуживания населения.
Подводные тоннели следует относить к I повышенному уровню ответственности сооружений, отказы которых могут привести к тяжелым экономическим, социальным и экологическим последствиям
Принимаемые технические решения, конструкции и материалы должны обеспечивать срок службы тоннельных обделок не менее 100 лет. Межремонтные сроки строительных конструкций должны составлять не менее 50 лет.
4.2 Основные объемно-планировочные и конструктивно-технологические решения - расположение тоннелей и притоннельных сооружений в плане и продольном профиле, длина участков, сооружаемых открытым, опускным и закрытым способом, типы обделок, размещение проезжей части, вентиляционных каналов и кабельных коллекторов по сечению тоннелей, - должны определяться на стадии «Проектная документация» по результатам технико-экономических сопоставлений различных вариантов и с учетом категории дороги, на которой проектируется тоннель.
4.3 В составе тоннелей при необходимости следует предусматривать комплекс эксплуатационно-технических помещений для электротехнических , вентиляционных, водоотливных установок, ввода водопровода и других устройств. По возможности их следует соединять в эксплуатационно-технические блоки.
4.4 Размещаемые в тоннелях приборы и оборудование должны иметь необходимую степень защиты от воздействия агрессивных факторов воздушной среды тоннелей, повышенной влажности , перепада температур, а также от повреждений при механизированной мойке стеновых конструкций или попытках их умышленной порчи.
Прокладку инженерных коммуникаций, за исключением распределительных сетей, подходящих к оборудованию, установленному непосредственно в зонах проезжих участков тоннелей следует предусматривать, как правило, в технических помещениях, обеспечивая высокую степень их защиты, особенно в режимах чрезвычайных ситуаций.
4.5 Срок службы основных эксплуатационных устройств, устанавливаемых в тоннелях и на подходах к нему, должен быть не менее 10 лет.
4.6 При проектировании тоннелей помимо настоящего стандарта следует учитывать требования соответствующих глав СНиП и государственных стандартов РФ, ведомственных нормативных документов, нормативных документов органов государственного управления и надзора и других нормативных документов по строительному проектированию.
5. Исходные данные и инженерные изыскания для проектирования
5.1 Исходные данные
5.1.1 Исходные данные формируются согласно СП 122.13330. Исходными данными для проектирования тоннелей являются:
Геофизические исследования;
Полевые исследования грунтов;
6.2.6 Пропуск магистральных теплосетей, водо - и газопроводов через конструкцию тоннеля не допускается.
6.2.7 Наибольшие продольные уклоны рамповых участков должны соответствовать требованиям для открытых участков.
6.2.8 Продольный уклон проезжей части из условий водоотвода следует принимать не менее 0,03 за исключением участков вертикальных кривых.
Максимальные продольные уклоны в автодорожных тоннелях не должны превышать 40 ‰, а в сложных топографических и инженерно-геологических условиях при длине тоннеля до 500 м - 60 ‰.
6.2.9 Сопряжение смежных элементов продольного профиля тоннелей следует выполнять путем вписывания выпуклых или вогнутых вертикальных кривых, наименьшие радиусы которых могут приниматься как для открытых участков улиц и магистралей.
Норвегия вынашивает амбициозные планы по установке первых в мире плавучих подводных автотуннелей, чтобы помочь путешественникам легко пересекать многочисленные национальные фьорды.
В настоящее время единственный способ преодолеть большое водное пространство включает в себя серию паромов - неудобный и трудоемкий процесс.
«Погруженные в воду плавучие мосты» будут состоять из больших труб, находящихся на глубине около 30 метров, и каждая из них будет достаточно широкой для двух полос движения.
Подводные мосты будут удерживаться понтонами вдоль поверхности, соединенными металлическими фермами (решётчатая конструкция, укрепляющая и поддерживающая перекрытие), для обеспечения стабильности.
Также существует возможность того, что структура может быть дополнительно прикреплена болтами к горной породе.
Каждая система моста будет состоять из двух туннелей, расположенных бок о бок: для движения в каждом направлении.
Несмотря на нетрадиционную структуру, официальные представители говорят, что подводный туннель будет ничем не отличаться от обычного, традиционного наземного автотуннеля. На сегодняшний день на территории страны действуют 1150 транспортных тоннелей, 35 из которых находятся под водой.
Так почему же не построить обычный мост? К сожалению, сложный рельеф местности в этих регионах делает его непригодным для обычного моста. Единственной альтернативой плавучим мостам может быть подвесной мост или понтонный мост над водой, тем не менее, эти конструкции имеют свой недостаток: они восприимчивы к непогоде. Они также мешают кораблям ВМФ, которые иногда проводят в этой местности обучения.
На данный момент Норвегия выделила $ 25 млрд денежных средств на этот проект, который, как ожидается, завершится к 2035 году. Для окончательного утверждения инженерам все еще придётся поработать над конструкцией: таких автотуннелей еще никто никогда не строил, и никто не точно уверен, как ветер, волны и течения воды в фьордах могут влиять на структуру. Если идея плавучих туннелей окажется слишком трудновыполнимой, политики имеют право выбрать другой проект с сохранением финансирования.
подсмотрел
С увеличением глубины и ширины водных преград резко возрастает стоимость строительства подводных тоннелей и возникают проблемы, связанные с опусканием и подводной стыковкой тоннельных секций. В связи с этим в ряде стран прорабатывают различные концептуальные и технологические решения строительства «плавающих» тоннелей.
Располагаемые целиком в воде, неглубоко от поверхности (в зависимости от условий судоходства до 30-35 м) такие тоннели удерживаются системой вертикальных или наклонных тросов, закрепленных в дно водной преграды, либо закрепленных на понтонах (см. рис. 1.1, г, д).
При этом значительно сокращается длина тоннельного перехода, не требуется вскрытия подводных котлованов и обратной засыпки секций, упрощается сопряжение подводной части с береговыми участками и снижается стоимость строительства. Такие тоннели можно сооружать длиной до 30 км при глубине воды до 500 м и более.
На конструкции «плавающих» тоннелей помимо обычных постоянных и временных нагрузок действуют нагрузки, вызванные колебаниями температуры воды, течения, приливами и отливами, изменениями плотности воды, волнами сжатия от проходящих судов, вероятностью столкновения судов над тоннелем, потерей плавучести, повреждениями системы крепления и др.
В Норвегии разработана программа строительства «плавающих» тоннелей через глубокие фиорды (глубина воды до 600 м). Отдельные железобетонные секции длиной от 300 до 500 м удерживаются на плаву тросовыми оттяжками, закрепленными на конструкции тоннеля и в якорных массивах на дне фиорда.
В качестве примера можно привести проект строительства «плавающего» тоннеля у г. Ставангера на глубине 25 м от поверхности воды в фиорде глубиной 155 м (рис. 5.22 и 5.23).
Рис. 5.22.
Из различных вариантов «плавающих» тоннелей - с опиранием на береговые устои (при малой длине), на промежуточные опоры, с за- анкериванием в дно пролива (рис. 5.24, а) или с подвешиванием к понтонам (рис. 5.24, б) - выбрана разработанная компанией Kvaerner стальная конструкция из опускных секций, закрепленная тросами к цилиндрическим понтонам. Она может быть собрана в стороне от трассы тоннеля, а затем доставлена к ней на плаву.
Предусматривается сооружение тоннеля через Хогсфиорд на юго- западном побережье страны. Ширина фиорда в месте пересечения 1400, глубина - 150 м. Строительство моста или заглубленного в дно тоннеля в этом месте сопряжено со значительными трудностями. Тоннельные секции кругового поперечного сечения из преднапряженного железобетона диаметром 9,5 м будут погружены на глубину 15-20 м ниже уровня воды и заанкерены тросовыми оттяжками в дно (рис. 5.25).
Рис. 5.23. Варианты поперечного сечения и закрепления «плавающего» тоннеля у г. Ставангер в Норвегии: 1 - тоннель; 2 - уровень воды в заливе; 3 - дно залива; 4 - тросовые оттяжки
На основе шестилетних комплексных проектных и исследовательских работ предложено также строительство «плавающего» тоннеля под Эйдфиордом. Ширина фиорда 1270 м, глубина воды - 400-500 м. Тоннель из преднапряженных железобетонных секций диаметром 9,5 м запроектирован на глубине 15 м от поверхности воды и закрепляется тросами ко дну, а горизонтальными растяжками - к береговым анкерным устройствам. Разработан вариант крепления тоннеля с заякоренными в дно плавучими спаренными понтонами. Каждый понтон прикрепляется к 24 гравитационным анкерам посредством двойных стальных канатов диаметром 44 мм, пропущенных через петлевые выпуски в верхней части анкеров.
Трехсекционный «плавающий» тоннель запроектирован для фиорда Эйден шириной 1240 м и глубиной 450 м.
Крупнейший «плавающий» тоннель (модель «моста Архимеда») для пропуска совмещенного автомобильного и железнодорожного движения между материком и островом Сицилией запроектирован в Италии через Мессинский пролив. Предложено несколько вариантов тоннеля, отличающихся габаритами, способом заанкеривания и пр.
Рис. 5.24. Варианты (а, б) плавающих тоннелей: 1 - тоннель; 2 - анкерные оттяжки; 3 - понтоны
По одному из вариантов тоннель общей протяженностью 3,25 км включает опускные секции из преднапряженного железобетона, выполненные в виде трех сопряженных тоннелей кругового очертания наружным диаметром 12,3 м. Боковые тоннели предназначены для двухполосного автодвижения, а центральный - для двухпутного железнодорожного (рис. 5.26).
При глубине пролива 100-130 м «плавающий» тоннель намечено расположить на глубине 40 м от поверхности воды с целью беспрепятственного пропуска судов. Положение тоннельных секций, обладающих положительной плавучестью, строго фиксируется системой парных тросов, заанкеренных в железобетонные массивы, уложенные по дну пролива.
На подводном участке длиной 2,05 км предполагается установить три секции из преднапряженного железобетона. По бокам секции снабжены обтекателями для уменьшения силового воздействия водного потока. Система тросовых оттяжек рассчитана на подъемную силу тоннеля 96 тыс. кН (300 кН на 1 м длины тоннеля) и на горизонтальные давления морского течения.
Рис. 5.25. Схемы (а, б) «плавающих» подводных тоннелей под Хог- сфиордом в Норвегии (проект): 1 - секции тоннеля; 2 - понтон; 3 - анкерная плита; 4 - тросовые оттяжки
Основные тросы крепятся к конструкции тоннеля через 10 м и за- анкериваются в железобетонные массивы под углом 60° к горизонту. Другая группа тросов для восприятия горизонтального давления крепится к тоннелю под углом 45°. Сила натяжения каждого троса 1260 кН, масса анкерного бетонного массива около 300 т.
В конструкции «плавающего» тоннеля предусмотрены аварийные отсеки, предотвращающие всплытие тоннеля путем заполнения их водой (автоматически срабатывают клапаны) в случае обрыва одного из тросов.
Рис. 5.26. Поперечное сечение «плавающего» тоннеля под Мессинским проливом (проект): 1 - отсек для автомобилей; 2 - балластный при- груз; 3 - отсек для железнодорожных поездов; 4 - тросовые оттяжки; 5 - анкеры; 6 - обтекатели; 7 - уровень воды; 8 - дно пролива
По другому варианту проекта предусмотрены три раздельных тоннеля: один для двухпутного железнодорожного движения длиной 5,4 км и два для двухполосного автодвижения длиной 6 и диаметром 15,5 км. Тоннели будут закрепляться на глубине 47,75 м от поверхности воды с помощью анкерных оттяжек.
В Японии разработаны проекты строительства «плавающих» тоннелей между островами Хонсю и Хоккайдо, под бухтой Утиура, а также между аэропортами Касан и Кобе через бухту в г. Осака. Наибольший интерес представляет проект двухярусного подводного тоннеля между островами Хонсю и Хоккайдо через бухту Фука. Верхний ярус предназначен для двухполосного автодвижения, а нижний - для двухпутного железнодорожного движения. На подводном участке на глубине
20 м от поверхности воды на тросовых оттяжках удерживается «плавающий» тоннель. Для противодействия колебаниям конструкции тоннеля при движении поездов и автомобилей, а также от морского волнения дополнительно предусмотрены стабилизаторы плавникового типа.
В Швейцарии для строительства транспортного пересечения озера с севера на юг разработаны три варианта: мост, тоннель, сооружаемый закрытым способом, и «плавающий» тоннель. Последний оказался предпочтительнее. Десять тоннельных секций, представляющие собой две коаксиально расположенные стальные трубы длиной по 100, наружным диаметром 12 и внутренним - 11 м с бетонным заполнением между ними, будут удерживаться на глубине 14 м от поверхности воды системой тросов, располагаемых через каждые 50 м под углом 45° к горизонту.
Существуют также проектные предложения по строительству «плавающих» тоннелей через пролив Гибралтар и Ла-Манш, под Великими озерами в США и Канаде.
Подводные тоннели в качестве транспортных тоннелей и переходов широко используют в крупных городах для преодоления судоходных рек, каналов и заливов. Основные преимущества строительства подводных тоннелей по сравнению с мостовым переходом водных преград заключаются в следующем: не нарушается бытовой режим водотока, они не препятствуют судоходству и работе существующих береговых сооружений (пристани, причалы и т. п.). Особо большие преимущества подводные тоннели имеют, когда по реке или каналу проходят крупнотоннажные судна, что вызывает необходимость при мостовом варианте иметь большую высоту и длину пролетных строений моста, а следовательно, и мощные опоры, что в свою очередь приводит к значительному увеличению стоимости мостового перехода в целом.
Выбор тоннельного или мостового вариантов должен решаться на основании учета всей совокупности факторов - технических, эксплуатационных и экономических.
Строительство подводных тоннелей осуществляют следующим образом.
Основным элементом подводного тоннеля являются опускные секции, которые в основном применяют круговой или прямоугольной формы. Опускная секция круговой формы сечения (рис. 3, а) обычно имеет обделку, включающую стальную оболочку, внутри которой располагается железобетонная крепь. Толщина опускной секции круговой формы изменяется в пределах 0,5-0,7 м.
Опускные секции прямоугольной формы изготовляют из монолитного железобетона. В зависимости от пропускной способности тоннеля опускные секции имеют различное число отсеков. Они могут быть однопролетными и многопролетными. На рис. 3, б представлена однопролетная опускная секция, принятая при строительстве Канонерского подводного тоннеля под Морским каналом в Санкт-Петербурге. Тоннель предназначен для двухполосного автомобильного транспорта с боковым проходом для людей 1 и вентиляционной галереей 2. Длина каждой секции 75 м. Конструкция секции выполнена из монолитного железобетона с толщиной 0,93 м. Масса секции около 8000 т. Наружная гидроизоляция 3 стальная с толщиной 6 мм, которую одновременно используют как опалубку для возведения железобетонной обделки секции. На рис. 3, в представлена секция подводного тоннеля «Лафонтен» в г. Монреале (Канада) через реку Св. Лаврентия. Опускная секция имеет прямоугольную форму с размерами 36,73x7,85 м и длиной 109,7 м. Масса секции 32 000 т. Секции изготовлены из монолитного железобетона с преднапряженной арматурой 1 , для чего использовали тросы из 48 проволок диаметром 7 мм и временные тяжи 2. Обделка имеет гидроизоляцию 3. Секции по торцам оборудуют временными водонепроницаемыми диафрагмами, в которых предусматривают шлюзы с затворами для пропуска людей и для контроля за герметичностью при стыковании секций.
Для размещения опускных секций в русле водной преграды устраивают траншею. Размеры траншеи определяются основными размерами секции. Ширина траншей по дну на 2-3 м и больше ширины секции, а глубина траншеи не менее 0,5-0,7 м. В основании траншей укладывают гравийную или щебеночную подготовку.
Изготовление погружных секций обычно производят в сухом доке или доке-шлюзе, которые располагают на берегу и с таким расчетом, чтобы они могли быть использованы при завершении строительства в качестве рампового подходного участка при эксплуатации тоннеля.
Рисунок 3. Формы сечения опускных секций подводных тоннелей
В доке изготовляют в зависимости от потребного количества или все секции, когда водоток имеет небольшую ширину, или часть их по мере развития работ по строительству подводного тоннеля.
После изготовления секций в док-шлюз закачивают воду до уровня ее в водотоке. Секции всплывают и на плаву буксируются до места установки. Перед погружением на секции устанавливают специальную трубу для возможности прохода по ней людей и подачи материалов, а также монтируют визирные мачты, по которым контролируют положение секций. Секции погружают, заполняя водой специальные балластные емкости, размещенные внутри их. После погружения и установки секции ее стыкуют с помощью специального профиля резиновой манжеты и стяжного устройства в виде домкрата. В дальнейшем стык омоноличивают изнутри секции. После установки всех погружных секций и проверки герметичности стыков производят засыпку их обломочными материалами на высоту 1,5-3 м.