2577

В настоящее время широко применяется способ гироскопического ориентирования, при котором определение истинного меридиана точки стояния прибора основано на свойстве маятникового гироскопа (с главной горизонтальной осью) совершать под влиянием суточного вращения Земли гармонические колебания, положение динамического равновесия которых совпадает с плоскостью истинного меридиана.

Гироскопический способ ориентирования выполняется с помощью специальных приборов – гиротеодолитов с ручным или автоматическим слежением ГИ-Б1, ГИ-Б2. В основе этих приборов находятся гироскопы типов М-2, М-3, МГ-1 и МВ-1, позволяющие определять направление меридиана с точностью

35 40 .

С помощью гиротеодолитов определяют астрономические азимуты ориентирных направлений или сторон полигонометрии, которые затем перевычисляются в дирекционные углы. Способ гироскопического ориентирования дает возможность определять азимут направления непосредственно в тоннеле без передачи дирекционных углов с поверхности. При этом точность ориентирования примерно в 1,5 раза выше, чем при способе соединительных треугольников, среднеквадратичная ошибка составляет не более 10 .

3.5. ПОДЗЕМНАЯ ГЕОДЕЗИЧЕСКАЯ ОСНОВА

Подземной геодезической основой служит подземная полигонометрия, которая устанавливает положение опорных пунктов под землей в наземной системе координат. Опорные пункты подземной полигонометрии геодезически связываются с пунктами наземной основы посредством ориентирования через порталы тоннелей, шахтные стволы, штольни, шурфы.

Подземная полигонометрия по сравнению с наземной имеет ряд специфических особенностей:

1) в связи с тем, что проходка тоннеля ведется глухим забоем, ходы подземной полигонометрии прокладываются висячими, т.е. опирающимися только на один пункт, и контролируются лишь повторным измерением; при этом только при сбойке или

43

выходе на поверхность можно оценить точность геодезических работ, поэтому здесь необходимо применять высокоточные оптические теодолиты;

2)форма фигур подземной полигонометрии определяется планом тоннеля;

3)в соответствии с технологией проходческих работ полигонометрические измерения выполняются с перерывами, обусловленными скоростью продвижения забоя и цикличностью проходки, что, естественно, понижает точность геодезических работ и требует дополнительных измерений и проверок.

Подземная полигонометрия подразделяется на подходную, рабочую, основную и главные полигонометрические ходы (рис. 3.6). Для передачи направления от подходных выработок на трассу тоннеля выносят ходы подходной полигонометрии длиной

10 50 м. Рабочая полигонометрия служит для обеспечения проходческих работ (разбивки осей и выноса элементов конструкций) и прокладывается в виде цепочки вытянутых треугольников со сторонами 25 50 м. В треугольниках измеряют все углы и стороны. Основная полигонометрия предназначена для контроля точности рабочей полигонометрии. Ее ходы длиной 50 100 м прокладывают по пунктам рабочей полигонометрии через один. При длине тоннеля более 1 км дополнительно прокладывают

Рис. 3.6. Схема подземной полигонометрии (а) и закрепления полигонометрических пунктов (б): 1 – шахтный ствол; 2 – подходная выработка; 3 – подходная полигонометрия; 4 – главный полигонометрический ход; 5 – основная полигонометрия; 6 – рабочая полигонометрия; 7 – тоннель; 8 – деревянная пробка; 9 – костылик; 10 – заершенный стержень; 11 – латунная втулка; 12 – стержень

44

главные полигонометрические ходы длиной 150 800 м по пунктам основной полигонометрии. Они служат для контроля точности рабочей и основной полигонометрии. Угловые невязки не должны превышать 12 в рабочей и 8 восновнойполигонометрии.

Подземную основу разбивают по мере проходки, не допуская удаления забоя от последнего знака более чем на 70 м. Знаки и точки подземной основы закрепляют металлическими стержнями со сферической головкой, в которой высверлено и зачеканено медью, бронзой или латунью отверстие диаметром 2 3 мм. Стержни закладывают в бетонный монолит в подошве тоннеля или приваривают к обнаженной арматуре обделки и обмазывают цементно-песчаным раствором на уровне проезжей части в стене или своде тоннеля (см. рис. 3.6, б).

Наличие такой подземной основы дает возможность выносить ось тоннеля, обеспечивать точный контур проходимой выработки, устанавливать проектное положение обделки, вести по трассе проходческие комплексы.

По окончании проходки тоннеля производят оценку точности сбойки встречных забоев, которая для автодорожных тоннелей не должна превышать в плане 100 мм, в профиле 50 мм. На практике отклонения осей тоннеля при сбойке обычно всегда укладываются в пределы нормативов. Но при проходке весьма протяженных тоннелей иногда бывают большие отклонения. При сбойке подводного тоннеля «Сейкан» в Японии длиной 54 км отклонения составили: горизонтальное – 64,4 мм, вертикальное – 196 мм. После сбойки забоев производят сквозное нивелирование

иконтроль высотных отметок.

Внастоящее время геодезические работы при строительстве тоннелей выполняют с применением новейших средств электроники, автоматики и вычислительной техники. Наряду с использованием обычных теодолитов, нивелиров, тахеометров, мензульных комплектов и т.п. все шире внедряются теодолиты высокой точности с двусторонними микрометрами, светодальномеры, радиодальномеры, высокоточные нивелиры с компенсированными уровнями, тахеометры-автоматы, гиротеодолиты и гиронивелиры, геодезические лазерные приборы. Для математической обработки результатов измерений и при расчетах широко используют ЭВМ.

45

4.2. ГОРНЫЕ АВТОДОРОЖНЫЕ ТОННЕЛИ

План и профиль тоннелей в значительной мере зависят от рельефа местности, который характерен наличием контурных и высотных препятствий. Обход или пересечение этих препятствий вынуждают проектировать трассу тоннеля в плане из отдельных прямоугольных участков, сопрягаемых с криволинейными, а в профиле – из наклонных участков (спусков и подъемов различной крутизны), т.е. уклонов, сопрягаемых между собой.

Рекомендуется избегать расположения тоннелей на кривых. Однако это не всегда удается по рельефным и инженерногеологическим условиям. Иногда расположение тоннелей на кривых является рациональным решением, а в других случаях даже неизбежным при необходимости обхода участков с тяжелыми инженерно-геологическими условиями или связанным с большим сокращением длины тоннеля. Следует иметь в виду некоторые особенности расположения тоннелей на кривых: уменьшение видимости в тоннеле; необходимость устройства виражей и уширения проезжей части; усложнение подземной разбивки оси тоннеля; ухудшение условий вентиляции в тоннеле.

Трасса горных дорог, как правило, прокладывается с применением максимально возможных уклонов, и если рельеф местности не позволяет применить допустимые уклоны трассирования, то приходится прибегать к искусственному развитию трассы, т.е. удлинять ее, чтобы преодолеть высоту между двумя точками. Трассу прокладывают по горным склонам в виде извилистой линии с использованием особенностей рельефа местности, в этом случае часто возникает необходимость в строительстве тоннелей.

Если имеются боковые долины, впадающие в главную долину, по которой проходит трасса, то они благоприятны для развития трассы путем устройства петли с набором высоты и сооружением петлевого тоннеля с углом поворота кривой более 180 (рис. 4.1, б). Петлю устраивают и без наличия боковых долин при резком изменении направления трассы, проходящей по склону долины. Если необходимо пройти по узкой долине с крутыми склонами, опасными в отношении оползней, осыпей и обвалов, или набрать высоту без изменения направления трассы, приме-

47

(1с); kт – коэффициент торможения (1,2 1,3); – коэффициент продольного сцепления (0,38 0,47); lз – расстояние от остановившегося автомобиля до препятствия (5 10 м).

Величину минимального радиуса Rmin (м) по условиям видимости можно определить по формуле

Rmin S28h,

где h – расстояние от оси полосы проезда до ближайшей стены, м.

По условиям устойчивости автомобиля минимальный радиус кривой находят по формуле

Rmin V2127 in ,

где – коэффициент бокового (поперечного) скольжения (0,13 0,16); in – поперечный уклон проезжей части, принят равным 20 ‰.

49

Для обеспечения безопасности движения автомобилей с наибольшими скоростями в тоннелях 1 категории с кривыми радиусом менее 3000 м и на дорогах других категорий радиусом менее 2000 м устраивают виражи с уклоном 20 60 ‰ в сторону центра кривой с односкатным поперечным профилем (рис. 4.3). Кроме того, на кривых радиусом 750 м и менее предусматривается уширение проезжей части от 40 до 75 см. Уширение делается обычно с внутренней стороны кривой пропорционально расстоянию от начала пере-

ходной кривой так, чтобы достигнуть величины полного уширения к началу круговой кривой.

На уклон продольного профиля горных тоннелей влияют: развитие трассы на подходах к тоннелю, которое определяет, в свою очередь, месторасположение порталов в плане и по высоте; геологические и гидрогеологические условия зоны возможного расположения тоннеля; эксплуатационные требования.

Горные тоннели, сооружаемые при развитии трассы и служащие для набора высоты (петлевые, спиральные, мысовые, короткие перевальные), имеют обычно односкатный профиль с уклоном в одну сторону; порталы их расположены на разной высоте (рис. 4.4, а). Перевальные тоннели большой протяженности имеют двускатный профиль, т.е. уклоны направлены от середины в сторону порталов, которые обычно имеют одинаковые отметки по высоте (см. рис. 4.4, б).

В односкатных тоннелях при разности высот между порталами возникает тепловой напор, который способствует естест-

50

Рис. 4.4. Горные тоннели: а – односкатный профиль; б – двускатный профиль

венной и искусственной вентиляции как при строительстве, так и при эксплуатации. Недостатком является трудность удаления воды, поступающей к забою при проходке от верхнего портала.

В двускатных тоннелях отвод воды осуществляется самотеком в обе стороны к порталам, но их естественная вентиляция затруднена вследствие малого теплового напора (небольшой разности высот) и поэтому требуется устройство более мощных вентиляционных установок.

По условиям водоотвода продольный уклон автодороги в тоннеле должен быть не менее 3 ‰. При сооружении тоннелей в суровых климатических условиях, где большое значение имеет быстрый отвод воды, проникающей в тоннель, вследствие опасности замерзания рекомендуется устраивать односкатный профиль с продольным уклоном не менее 6 ‰. Так как горизонтальные участки в тоннелях не допускаются ввиду условий водоотвода, то в двускатных тоннелях на переломе уклонов устраивают разделительные площадки длиной от 250 до 500 м, обычно в виде двух смежных участков с встречными уклонами в 3 ‰.

Максимальный уклон автодороги в тоннеле не должен превышать 40 ‰ по условиям оптимальных режимов вентиляции в связи с повышением расхода горючего и, соответственно, с увеличением выделения вредных газов при движении автомобилей

51