Тоннели

Тоннель представляет собой сооружение, располагаемое внутри массива горных пород и грунтов, служащее звеном пути сообщения, водоводом или используемое для прокладок сетей подземного хозяйства городов и промышленных предприятий, для устройства резервуаров, размещения складов, гаражей, ангаров, подземных заводов и электростанций, а также для других целей.

По назначению тоннели подразделяются на транспортные, гидротехнические, тоннели городского хозяйства и горнопромышленные.

К транспортным тоннелям относятся железнодорожные, тоннели метрополитенов, автодорожные, пешеходные, судоходные. По местоположению их можно разделить на горные (в горных массивах), подводные (под реками, озерами, морскими проливами и каналами) и городские (под городскими проездами, застроенными кварталами и водотоками).

Среди них наибольшее распространение получили тоннели на железных дорогах и, особенно на городских подземных дорогах— метрополитенах. Автодорожные тоннели встречаются несколько реже, хотя в последние годы строительство этих тоннелей расширяется. Пешеходные тоннели строят в больших городах на пересечении магистралей и привокзальных путей больших станций, на оживленных улицах, площадях и т. п.

Гидротехнические тоннели сооружаются на водоводах и водосбросах гидроэлектростанций, на ирригационных системах и устройствах для водоснабжения городов и промышленных предприятий. Среди них выделяют подводящие и соединительные. Кроме того, тоннели сооружают для пропуска строительных расходов в период возведения плотин; их называют строительными тоннелями.

Тоннели городского хозяйства возводятся для расположения в них подземных коммуникаций (водопровода, канализации, теплофикации, газопровода и др.).

Горнопромышленные тоннели сооружаются в горнодобывающей промышленности для транспортных целей и вентиляции, а также отвода дренажных вод.

К категории тоннелей относятся также газо- и бомбоубежища и другие подземные сооружения.

По способам сооружения все тоннели можно разделить на тоннели закрытого (подземного) и открытого производства работ. При закрытом способе тоннель строится без вскрытия над ним земной поверхности, а при открытом—в открытых котлованах или траншеях. В зависимости от назначения, размера сечения и геологических условий форма тоннелей может быть круговой или подковообразной (иногда эллиптической).

Проектирование тоннеля

Проектирование тоннеля представляет собой сложный процесс, во время которого определяют размеры сечения тоннеля, его трассу, типы обделки и методы проходки.

Размеры сечения являются функцией назначения тоннеля и поэтому мало зависят от природных условий, тогда как выбор трассы, типа обделки и методов производства горнопроходческих работ в значительной степени зависит от природных условий. Среди последних инженерно-геологические условия во многих отношениях являются определяющими.

При выборе трассы тоннеля кроме геологических условий принимаются во внимание топографические данные. Так, учитывается, что при пересечении какого-либо горного хребта с увеличением абсолютных отметок расположения тоннеля длина его уменьшается, а трудности с подходом к входному и выходному порталам увеличиваются. В конечном счете, выбор местоположения тоннеля производится исходя из экономической и технической целесообразности. Геодезические работы, связанные с проходкой тоннеля, состоят в определении направления и длины тоннеля, перенесении оси внутрь тоннеля и разбивки продольного профиля и поперечных сечений. Эти работы требуют исключительной точности, так как даже малейшие ошибки, особенно при большой длине тоннеля, могут привести к весьма тяжелым последствиям. Существенное облегчение в выборе трассы тоннеля оказывает применение аэрофото- и фототеодолитной съемок.

В отдельных случаях при исключительно тяжелых условиях рельефа, когда линию дороги или водовода приходится развивать внутри горного массива (это чаще всего случается на трассах железных дорог, для которых строго лимитируется продольный уклон), сооружают петлевые и спиральные тоннели.

Поперечное сечение тоннеля слагается из: площади сечения в свету и площади сечения обделки. Почти во всех породах, кроме разрабатываемых без ведения взрывных работ, происходит «перебор» породы и производится выемка излишнего грунта. Такие переборы увеличивают объем тоннельной выработки и поэтому нежелательны.

Минимальные объемы излишне выработанной породы могут быть получены при проходке мягких пород без временного крепления и без рыхления взрывными работами, например при щитовой проходке этих пород.

В скальных породах переборы практически неизбежны, и они являются следствием естественной трещиноватости, а также растрескивания пород в результате применения взрывных работ. Наибольшую величину переборов дают породы, разбитые трещинами отдельностей, образующими выпадение отдельных глыб и вывалов. При прочих равных условиях изверженные и метаморфические породы дают меньшие переборы, чем осадочные.

Способ рыхления породы взрывами также существенно сказывается на переборах—усиленные заряды по периметру выработки увеличивают излишнее расширение профиля.