Тема 8. Тунелі

Питання

1. Загальні відомості та класифікація тунелів

2. Проектування тунелів

3. Способи проходки тунелів

4. Вплив гірничого тиску та облицювання тунелів

1. Загальні відомості та класифікація тунелів

Тунель – це горизонтальна або похила підземна штучна споруда, яка може використовуватись як транспортний шлях, водогін, для розміщення комунікацій тощо.

Будівництво тунелів здійснюється для подолання природних перешкод (наприклад, тунелі під горами), для скорочення шляху (наприклад, тунель крізь гору замість дороги навколо), для скорочення часу руху (наприклад, тунель замість водної поромної переправи).

Під водними перешкодами тунелі будують замість мостів там, де мости могли б зашкодити руху суден. Тунелі будують для уникнення перетину різних транспортних потоків на одному рівні (наприклад, підземні переходи, тунелі замість залізничних переїздів, тунелі як частина автомобільних розв'язок тощо ).

Переріз тунелів може бути квадратним, овальним, круглим, прямокутним, трапецеїдальним тощо.

Верхня частина тунелю, як правило, склепіння називається калотою, (від - «calotte», невелика залізна шапка, яку носили німецькі і швейцарські піхотинці з XVI по XVIII ст. під беретами і капелюхами), нижня — штросою; торцева частина — вибоєм. Конструкція тунелю, яка сприймає гірничий тиск, називається облицюванням, і складається із склепіння, стін і зворотного склепіння. Іноді обмежуються тільки склепінням і стінами, рідше — одним склепінням (рис. 8.1).

Рис. 8.1. Схема перерізу тунелю:

1 - колота, 2 - штроса, 3 - підошва

За висотним положенням розрізняють гірські, підводні та рівнинні тунелі.

За призначенням тунелі поділяють на транспортні, гідротехнічні, гірничопромислові та тунелі міського господарства.

1. Транспортні тунелі призначені для пропуску наземного транспорту в горах, під річками, каналами і протоками, міськими кварталами і перетинами вулиць. До транспортних належать залізничні, автодорожні, тунелі метро та пішохідні.

Залізничні тунелі за кількістю шляхів поділяють на одно- та двоколійні. Вибір форми і матеріалів тунельного облицювання залежить від розмірів перерізів і інженерно-геологічних умов траси.

Тунелі метрополітену – це різновид залізничних тунелів, призначений для перевезення пасажирів поїздами метро. На відміну від залізничних, тунелі метро можуть проходити на різних рівнях. Глибина закладання тунелів і станцій є дуже різною (від 5 до 80 м), вона залежить від відміток рельєфу місцевості. Відстань між станціями метро, як правило, у центрі міста – 1-1,5 км, на окраїні – 1,5-2 км.

Тунелі між станціями метро прокладають по найкоротшому напрямку, а для сполучення прямих уводять криволінійні ділянки. Величини радіусів кривих обмежені умовами експлуатації ліній метрополітенів. Найменший радіус, який дозволявся застосовувати на головних шляхах метрополітенів у колишньому СРСР, дорівнював 500 м, що забезпечує плавний рух потягів на закругленнях. У метрополітенах інших країн ці радіуси значно скорочені: у Лондоні—100, у Парижі — 60, у Філадельфії — 32 м, що значно знижує комфорт руху.

На лінії метрополітенів для укладання верхньої будови залізничної колії застосовують бетонну основу й лише зрідка - баластну. Рейки укладають в основному на соснові шпали, рідше на залізобетонні.

Тунелі метрополітену поділяють на перегінні, станційні, ескалаторні (похилі) і службові.

Основну частину лінії метрополітену складають перегінні тунелі. Вони розділяються за кількістю колій, конструкцією й матеріалом облицювань.

За кількістю колій розрізняють: одно-, двох- і багатоколійні (від 3 до 6 колій). За конструкцією перегінні тунелі поділяють на одно-, двох- і багатопролітні; одно- і багатосклепінчасті. Як матеріал облицювань в основному використовують бетон і залізобетон, рідше цеглу і камінь.

Станції на лініях метрополітенів призначені для обслуговування пасажирів і здійснення функцій, пов'язаних з рухом потягів. Розрізняють одно-, двох-, трьох- і багатоплатформні станції. Як і перегінні тунелі, за конструкцією станції бувають одно-, двох- і багатопролітні; одно-, двох-, трьох- і багатосклепінні (рис. 8.2).

Найбільш економічно вигідними є трьохпролітні й односклепінні схеми для станцій ліній мілкого закладання та однопролітні й трьохсклепінні для станцій глибокого закладання.

Рис. 8.2. Схеми станцій метрополітену:

а - односклепінна, одноплатформна; б - односклепінна, двохплатформна, в - двохсклепінна, двохплатформна; г- трьохсклепінна, одноплатформна; д - трьохсклепінна, трьохплатформна

Пасажирські платформи станцій монтують із залізобетонних блоків вширшки до 1 м і завдовжки до 4 м, укладаючи їх перпендикулярно подовжній осі платформи. Входи і виходи станцій оформлюють або у вигляді вестибюля, або у вигляді звичайних сходових маршів, які ведуть в підземний вестибюль.

Наземний вестибюль дозволяє зв'язати станційну платформу за допомогою ескалаторів безпосередньо з рівнем міських тротуарів без облаштування додаткових сходів.

Рух потягів метро здійснюється за допомогою тягових двигунів постійного струму. Вони отримують енергію від контактної мережі з напругою 825 В. Струмоприймальним пристроєм для живлення потягів електроенергією є контактна (третя) рейка, що дозволяє суттєво знизити вишину тунелю. Третю рейку розташовують з лівої за ходом руху сторони та покривають захисним коробом. Струмоприймальники вагонів під час руху сковзають по ньому, що забезпечує їх постійний контакт.

При будівництві тунелів метро застосовують закритий і відкритий способи. Закритий спосіб використовують при будівництві ліній глибокого закладання, коли цього вимагають гідрогеологічні умови або необхідно зберегти коштовну забудову в містах; у інших випадках тунелі й станції мілкого закладання будують відкритим способом. Для ліній мілкого закладання в Росії також застосовують змішаний (так званий «московський») спосіб, коли станції будуються відкритим способом, а тунелі закритим; при цьому немає необхідності переносити комунікації, тимчасово закривати дороги тощо, тому будівництво виявляється дешевшим.

Будівництво метро коштує дуже дорого, і тому економічно виправдано лише у великих містах (у СРСР такими вважались міста з населенням понад 1 млн. мешканців). Станом на кінець 2009 року вартість 1 км тунелю метро, побудованого відкритим способом, складало приблизно 70-80 млн. євро, а 1 км тунелю, побудованого закритим способом - близько 100-150 млн. євро.

2. Гідротехнічні тунелі. Гідротехнічний тунель – це водовід, прокладений у землі без розробки поверхневого шару ґрунтів або гірських порід. Такі тунелі прокладаються, коли водовід потрібно розмістити на значних глибинах, під населеними пунктами або в місцях з розвиненими інтенсивними інженерно-геологічними процесами.

Водогосподарські тунелі можуть бути гідроенергетичними, іригаційними, водогінними, каналізаційними та водоскидними.

За гідравлічними особливостями розрізняють напірні тунелі, коли вони працюють повним перерізом і перебивають під надлишковим тиском та безнапірні, коли проводять воду при частковому заповненні перерізу тунелю водою. Напірні тунелі мають внутрішній напір води, якій, звичайно, не перевищує 1 МПа.

Форма поперечного перерізу гідротехнічних тунелів залежить від гідравлічних, інженерно-геологічних і будівельних умов, а площа розраховується за формулами гідравліки.

3. Гірничопромислові тунелі споруджуються на підприємствах гірничодобувної промисловості (копальнях, шахтах) для транспортування корисних копалини, відведення шахтних вод і вентиляції.

4. Тунелі міського господарства створюються для прокладання підземних комунікацій комунального господарства. Загальна довжина мережі комунальних тунелів великого міста може досягати кількох сотень кілометрів.

За своїм призначенням тунелі міського господарства поділяються на такі види – каналізаційні колектори й ливнестоки, водопровідні тунелі, тунелі газопровідних магістралей, теплофікаційні тунелі, тунелі систем зв’язку, тунелі змішаного типу.