9.9. Специальные способы сооружения тоннелей

Сооружение подводных тоннелей из опускных секций. Выбор способа постройки подводного тоннеля зависит от ширины и глубины пересекаемого водоема, скорости течения и интенсивности судоходства.

В некоторых случаях целесообразно строительство тоннеля открытым способом с использованием временных насыпных дамб, ограждающих участок производства работ.

Более широко применяется постройка тоннеля с использованием опускных секций, которые представляют собой отдельные звенья конструкции длиной до 150 м.

В зависимости от условий подводные тоннели могут быть расположены на различных основаниях. При глубине русла 20…30 м секции опускают на дно котлована, подготовленного подводным способом средствами гидромеханизации. Глубина котлована назначается с таким расчетом, чтобы после опускания и засыпки секции и восстановления прежнего уровня дна водотока над тоннелем был слой грунта не менее 2 м (рисунок 9.75, а).

При достаточных глубинах и малых скоростях течения секции тоннеля могут быть размещены на подводной насыпи (рисунок 9.75, б).

а – при расположении в котловане; б - при расположении на насыпи

Рисунок 9.75 – Варианты расположения подводного тоннеля

При больших глубинах водного препятствия тоннель может опираться на отдельные опоры – вариант моста тоннеля (рисунок 9.76). Во всех случаях тоннель не должен создавать помех судоходству. Из рассмотренных вариантов чаще применяют опускание тоннеля на дно котлована. Готовые секции от места постройки к месту установки, как правило, буксируют по воде, используя их плавучесть. Поэтому место их изготовления может находиться на значительном удалении от места монтажа тоннеля.

Опускные секции могут изготавливаться на стапелях, подобно морским судам, либо в сухих доках. При большом количестве секций целесообразно на берегу водоема подготовить котлован с отметкой дна на 8…10 м ниже уровня воды и отделенный от водотока временной перемычкой или затвором, открываемым после изготовления секции или партии секций для затопления котлована и вывода секций на плаву в водоем.

Рисунок 9.76 – Подводный тоннель на опорах

В процессе изготовления секции ее торцы герметично закрывают временными диафрагмами. Обычно секции проектируют так, чтобы они имели небольшую отрицательную плавучесть, гарантирующую всплытие тоннеля. Но в этом случае возникает необходимость для обеспечения плавучести присоединять секции к понтонам или другим плавсредствам.

Перед опусканием секции в проектное положение на дне котлована подготавливают основание. С этой целью по дну котлована укладывают слой песка или щебня толщиной 50…100 см, который подают с баржи вниз по трубам и выравнивают специальным выравнивающим устройством, подвешенным к тележке, которая перемещается по фермам, установленным на двух баржах. Точность выравнивания достигается  3 см.

Проектное положение опускаемой секции может обеспечиваться также с помощью четырех угловых железобетонных блоков, связанных попарно в поперечном направлении трубчатыми элементами. Как показано на рисунке 9.77 проектное положение секции обеспечивается вертикально и горизонтально расположенными домкратами. Опускание секций, имеющих отрицательную плавучесть, осуществляется под собственным весом с использованием строповочных устройств.

1 – секция тоннеля; 2 – строповочное устройство; 3 – опорный блок; 4 – соединительный трубчатый элемент; 5 вертикальный и горизонтальный регулировочные домкраты.

Рисунок 9.77 - Соединение опорного блока с секцией

При положительной плавучести секцию тоннеля опускают под воду путем заполнения водой резервуаров, расположенных по концам секции. Секции с незначительной положительной плавучестью могут подтягиваться лебедками и полиспастами. Лебедки располагаются на рабочих площадках высоких рам (рисунок 9.78).

1 – рабочая площадка; 2 – полиспаст; 3 – бетонная опора; 4 – камера для спуска рабочих в секцию тоннеля.

Рисунок 9.78 - Схема опускания секции с небольшой положительной плавучестью

Опускаемая секция устанавливается на расстояние 20…30 см от ранее опущенной. Стыкование секций друг с другом является одним из наиболее ответственных моментов. Для облегчения процесса установки секции в проектное положение применяют различной конструкции улавливающие устройства (рисунок 9.79). На торцевых диафрагмах секций закреплены временные съемные упоры, один из которых снабжен улавливающей скобой, а другой – фиксирующим зубом. После попадания зуба в скобу секция будет находиться в проектном положении.

1 – установленная секция; 2 – устанавливаемая секция; 3 – съемный выступ; 4 – улавливающая скоба; 5 – резиновая прокладка; 6 – опорный (фиксирующий) «зуб»; 7 – временная торцевая диафрагма

Рисунок 9.79 - Схема стыкования секций тоннеля под водой

Последние конструктивные решения стыка секций позволяют производить их стыкование без вмешательства водолазов (рисунок 9.80). При этом предусмотрена по периметру одной из секций постановка резиновой прокладки, обеспечивающей герметичность стыковочной камеры. Стыкуемая секция соединяется с ранее установленной шарнирным замком и притягивается к ней при помощи домкратов, развивающих усилие в несколько сот тонн. При этом происходит обжатие резиновой прокладки и герметизация стыковочной камеры. После выпуска из нее некоторого объема воды образуется зона разрежения. При этом за счет неуравновешенного гидростатического давления воды происходит дополнительное обжатие стыка секций усилием нескольких тысяч тонн. Так достигается полное обжатие резинового уплотнителя и герметизация стыковой камеры.

Рисунок 9.80 – Схема стяжного устройства

После выпуска воды из камеры производят разборку торцевых диафрагм и устройство постоянной конструкции стыка.

Опускные тоннели-кессоны. Способ сооружения опускных тоннелей-кессонов имеет много общего со способом сооружения тоннелей из опускных секций. Он может находить применение при постройке коротких тоннелей, заложенных в слабых водоносных грунтах глубиной до 35 м.

Кессонные секции изготавливают на поверхности грунта или в котловане, отрытом до уровня грунтовых вод (рисунок 9.81). Материалом опускных секций служит железобетон. В кессонной камере создается избыточное давление воздуха, препятствующее поступлению в рабочую зону грунтовых вод. По мере опускания секции давление в кессонной камере повышают. После достижения проектной отметки (не более 35 м от поверхности воды) кессонная камера заполняется бетоном, в основании тоннеля создается мощная бетонная плита. Смежные секции опускают так, чтобы между ними было пространство 1…3 м.

1 – секция тоннеля; 2 – шахтная труба; 3 – кессонная камера; 4 – временная диафрагма

Рисунок 9.81 - Схема кессонной секции тоннеля

Объединение секций производят разными способами. В торцевой части одной из секций создают шлюзовую камеру. Раскрывают проем во временной диафрагме и через него проходят штольню до соседней диафрагмы. Затем штольню раскрывают до сечения секции и бетонируют обделку. Все работы выполняют под давлением сжатого воздуха. Можно использовать и другой способ. В области стыка устраивают шпунтовое ограждение; внутри полости ограждения разрабатывают грунт без откачки воды; методом ВПТ между секциями укладывают бетонную смесь. После набора проектной прочности разбирают временные диафрагмы секций, пробивают монолитный бетон по размеру тоннеля и устраивают гидроизоляцию. Могут быть и другие способы.