Прокопов А.Ю. Транспортные тоннели
.pdfВ общем случае с помощью рамп обеспечивают плавное соединение дорог или частей инженерного сооружения, расположенных в разных уровнях для движения транспортных средств или пешеходов.
Рампа представляет собой жесткую раму незамкнутого сверху прямоугольного профиля и переменной высоты. Стены рампы могут закреплять откосы выемки на всю высоту или только в нижней их части с устройством
вверхней части естественных откосов.
Взависимости от градостроительных и инженерно-геологических условий встречаются различные конструкции рамп из монолитного или сборного железобетона, а также комбинированные сборно-монолитные. Применение монолитного железобетона в ряде случаев может оказаться более целесообразным, чем сборного, что связано с необходимостью непрерывного изменения высоты стен рампы.
Конструкции из монолитного железобетона имеют корытообразное сечение и состоят из боковых стен переменной толщины, переходящих внизу в лотковую плиту. Такая конструкция является наиболее простой и применяется при глубине рампы до 3–4 м. При большей глубине труднее обеспечить устойчивость боковых стен, воспринимающих горизонтальное давление грунта.
Если высота стен превышает 8–10 м, применяют горизонтальные распорки, которые устанавливают над габаритом приближения строений и оборудования. Для равномерной передачи усилий со стен распорки упирают в сплошные пояса – монолитную железобетонную обвязку, устраиваемую по стенам вдоль рампы.
Вцелом максимальная глубина рампы по возможности не должна превышать 12–15 м, так как при большей глубине значительно усложняются рамповая конструкция и процесс производства работ.
Толщина порталов и стен рампы зависят от материала конструкции и составляют:
– для железобетонных – не менее 150 мм;
– для бетонных – не менее 300 мм;
– для бутобетонных – не менее 500 мм.
При устройстве рамповых конструкций в слабых водонасыщенных грунтах обеспечивают их устойчивость против всплытия, что достигается утяжелением конструкции за счет увеличения толщин стен и лотка или укладки балластного пригруза на лотковую плиту, которую в этом случае целесообразно делать криволинейной, чтобы не увеличивать высоту стен.
Пример конструкции рампы двухпутного железнодорожного тоннеля приведен на рис. 2.34.
Порталы и рампы тоннелей являются единственными конструкциями тоннеля, расположенными на земной поверхности, поэтому им стараются придать привлекательный внешний вид. На рис. 2.34–2.38 представлены примеры уникальных архитектурных решений порталов и рамп транспортных тоннелей.
61
Рис. 2.34. Конструкция рампы двухпутного железнодорожного тоннеля: 1, 2 – соответственно верхняя и нижняя части заградительного барьера; 3 – верхняя балка; 4 – внутренняя отделка рампы;
5 – боковая несущая стена; 6 – водоотводная канавка; 7 – проход; 8 – плита основания рампы
Рис. 2.35. Портал железнодорожного тоннеля № 4 совмещённой дороги Адлер – Альпика-Сервис (Сочи, Россия)
62
Рис. 2.36. Проект портала автодорожного тоннеля (Новая Зеландия)
Рис. 2.37. Портал автодорожного тоннеля (Австралия)
63
Рис. 2.38. Архитектурное решение рампы подводного тоннеля (Доха, Катар)
2.8 Защита тоннелей от подземных вод
Тоннели должны быть надежно защищены от неорганизованного проникновения в них подземных и поверхностных вод. Фильтрация воды через обделку приводит к выщелачиванию цементного камня и снижению прочности конструкции, коррозии закладных деталей и оборудования, а также к утечке токов из контактной сети и увеличению блуждающих токов в элементах конструкций. При отрицательных температурах в тоннеле на обделке, рельсовом пути или проезжей части могут образовываться наледи, которые постепенно разрушают тоннельные конструкции и создают опасность движению транспорта.
Гидрозащита тоннеля осуществляется двумя основными способами: 1 Осушением прилегающего к тоннелю обводненного горного мас-
сива.
2 Герметизацией обделки тоннеля.
Краткая характеристика возможных мероприятий в рамках этих способов представлена в табл. 2.13.
Осушение поверхности над тоннелем осуществляется организацией поверхностного водостока путем устройства нагорных канав и отвода атмосферных вод в кюветы предпортальной выемки или по склону за пределы надтоннельной поверхности. В водопроницаемых грунтах ложе канав и водотоков над тоннелем облицовывают водонепроницаемым бетоном или асфальтобетоном.
Таблица 2.13
64
Характеристика мероприятий по защите тоннеля от подземных и поверхностных вод
Наименование |
Варианты осуществления |
|
мероприятия |
мероприятия |
|
Упорядочение стока по- |
Осушение части поверхности над тоннелем нагорными ка- |
|
верхностных вод над |
навами и дренажами; увеличение водонепроницаемости |
|
тоннелем |
ложа водотоков, пересекающих трассу тоннеля |
|
Отвод грунтовых вод от |
Заполнение трещин и искусственное упрочнение окружа- |
|
ющих тоннель грунтов тампонажными растворами; отвод |
||
обделки тоннеля |
||
воды от тоннеля с помощью дренажных выработок |
||
|
||
|
Применение специальных устройств (дренажных попереч- |
|
Организованный прием |
ных прорезей в грунте за обделкой, дренажных камер и др.) |
|
грунтовых вод внутрь |
по приему воды внутрь на коротких участках тоннеля в со- |
|
тоннеля |
четании с усилением водонепроницаемости обделки по |
|
|
всей длине тоннеля |
|
|
Правильный подбор состава бетона обделки и растворов |
|
Усиление водонепрони- |
для нагнетания за обделку с применением специальных |
|
цементов и добавок; устройство рулонной полимерной |
||
цаемости обделки тон- |
||
изоляции по первичной (временной) крепи из набрызгбето- |
||
неля |
||
на или «чернового» бетона; устройство внутреннего тор- |
||
|
||
|
крет-покрытия |
Отвод подземных вод или понижение их уровня в зоне расположения тоннеля методом дренажа допускается в грунтах, не подверженных суффозии (в невыщелачиваемых, невымываемых и нерастворимых скальных и полускальных грунтах). Если такие грунты с коэффициентом фильтрации более 2 м/сут. окружают тоннельную выработку на протяжении нескольких сотен метров или по всей длине, то для осушения тоннеля устраивают дренажные штольни (рис. 2.39).
Для улучшения дренирующих свойств в обделке штольни оставляют открытые отверстия, а также бурят водоулавливающие скважины в кровле штольни.
В скальных неразмываемых грунтах при сосредоточенном притоке подземных вод осушение тоннеля можно выполнять путем устройства в грунтах непосредственно за обделкой поперечных и продольных прорезей, заполняемых бутовым камнем, щебнем или галькой в виде обратного фильтра с организованным отводом воды в водоотводные (дренажные) лотки тоннеля. Дренажные прорези устраивают в тоннелях с постоянной расчетной положительной температурой воздуха.
Вода из камер по перепускам стекает в дренажные лотки тоннеля. В таких условиях водоотводные лотки перепусков и тоннеля защищают от промерзания, а в перепусках устраивают утепленный тамбур.
Водоотводные лотки в тоннеле предназначены для отвода в сторону порталов воды, попадающей в тоннель при его мытье, конденсирующейся на обделке или проникающей в тоннель (рис. 2.40). Лотки обычно собирают из железобетонных коробчатых элементов с боковыми прорезями размером 200 × 70 мм и перекрывают их железобетонными крышками. Вода
65
стекает к лоткам по бетонному основанию с поперечным уклоном i = 20 ‰. Не реже чем через 40 м устраивают смотровые колодцы для чистки лотков.
Рис. 2.39. Дренажные штольни тоннеля:
1 – тоннель; 2 – водоотводный лоток; 3 – штольни; 4 – дренажные отверстия; 5 – скважины
Монолитные обделки тоннелей, заложенных в устойчивых скальных и полускальных грунтах при гидростатическом давлении более 0,5 МПа, защищают от воды наружной гибкой оклеечной или пленочной гидроизоляцией, которая устраивается по выравнивающему поверхность выработки торкретбетону слоем толщиной 8–10 см. После этого бетонируют обделку, воспринимающую горное и гидростатическое давление.
В настоящее время находят применение современные многослойные системы гидроизоляции. Так, в системе, представленной на рис. 2.41, предусмотрен первичный сбор и отвод воды, просочившейся сквозь временную крепь. Для этого цели перед монтажом гидроизоляционной мембраны на поверхность временной набрызгбетонной крепи устанавливается профилированная дренажная мембрана из полиэтилена с прикрепленным слоем геотекстиля. Через геотекстиль вода фильтруется к системе каналов, образованных формованными выступами полиэтилена, и далее поступает в линейный дренаж.
66
а
б
Рис. 2.40. Конструкция утепленного водоотводного лотка: а – общий вид; б – узел А;
1 – обделка; 2 – лотковый блок; 3 – плиты пенопласта; 4 – железобетонные крышки; 5 – керамзитобетонный блок;
6 – бетонное основание; 7 – отверстие 200 × 70 мм; 8 – обратный свод
Установка дренажных мембран снижает гидростатическое давление на обделку и позволяет выполнить гидроизоляцию свода тоннеля с минимальными затратами времени.
67
Рис. 2.41. Система многослойной гидроизоляции с дренажем:
1 – породный массив; 2 – временная бетонная крепь; 3 – профилированная мембрана; крепежный элемент (рондель); 5 – гидроизоляционная мембрана; 6 – дренажная труба; 7 – геотекстиль; 8 – гравийная засыпка; 9 – монолитная железобетонная обделка
Внаиболее сложных гидрогеологических условиях может быть успешно применена активная система сплошной гидроизоляции (рис. 2.42). Полимерная мембрана 1,5 или 2,0 мм крепится по стенам и своду к первичной обделке с помощью ронделей и свободно укладывается в лотковой части, ее поверхность секционируется на участки площадью 100– 150 м2 ПВХ-гидрошпонками, которые привариваются к ней с одной стороны, и замоноличивается в несущую конструкцию с другой.
Гидрошпонки – это профилированные ленты из ПВХ, на одной стороне которых расположены Т-образные анкеры (3–6 рядов в зависимости от типа шпонки).
Шпонки герметично привариваются к мембране таким образом, чтобы сформировать на поверхности гидроизоляции замкнутые контуры пло-
щадью 100–150 м2.
После заливки бетона анкеры оказываются встроенными в бетон. В случае повреждения гидроизоляции встроенные в бетон анкеры не дают воде свободно распространяться между конструкцией и гидроизоляционной мембраной и локализуют протечку в пределах поврежденной секции.
Инъекционная система состоит из инъекционных штуцеров с инъекционными трубками.
Вслучае возникновения протечки через инъекционную систему к поврежденному участку гидроизоляции могут подаваться полимерные ре-
68
монтные составы, которые заполняют поврежденную секцию, полимеризуются с образованием плотного водонепроницаемого геля и, таким образом, восстанавливают целостность гидроизоляции.
Рис. 2.42. Система активной сплошной гидроизоляции:
1 – породный массив; 2 – временная бетонная крепь; 3 – защитный слой (геотекстиль); 4 – крепежный элемент (рондель); 5 – полимерная мембрана; 6 – гидрошпонка; 7 – инъекционный штуцер; 8 – геотекстиль; 9 – полиэтиленовая пленка; 10 – монолитная железобетонная обделка
2.9 Верхнее строение пути и проезжая часть
Проезжая часть в автодорожных тоннелях проектируются двускатной с поперечными уклонами 0,02 на прямых участках трассы и кривых радиусом 3000 м и более для дорог I категории и радиусом 2000 м и более для дорог других категорий. На кривых меньших радиусов устраиваются виражи с односторонним поперечным уклоном в сторону центра кривой.
Материалы и конструкции дорожной одежды в тоннелях и на рамповых участках должны соответствовать требованиям СП 34.13330 для опасных условий движения на открытых участках автомобильных дорог. Конструкции принимаются капитального типа и соответствуют требуемой пропускной способности тоннелей и обеспечению отвода воды.
При проектировании необходимо обеспечивать прочность и устойчивость конструктивных элементов при воздействии установленных внешних и внутренних нагрузок на всех этапах их жизненного цикла (ТР ТС 014/2011, п.
11.2б).
Дорожная одежда на лотковой части обделки (участки тоннелей, сооружаемые открытым способом) или на перекрытии для проезжей части
69
(участки тоннелей, сооружаемых щитовым способом) состоит из гидроизоляции, защитного слоя по ней и покрытия.
Гидроизоляция на перекрытии для проезжей части проектируется на всю ширину проезжей части с заводкой ее на банкетки или стены на высоту 15 см и более. Вид покрытия дорожной одежды (асфальтобетонное или цементобетонное) принимается исходя из транспортно-эксплуатационных требований и длины тоннеля с учетом перспективной интенсивности движения, состава транспортных средств, а также принятой проектной аварии.
Для коротких тоннелей из условия идентичности производства работ на закрытых и открытых участках трассы более предпочтительным является применение асфальтобетонного покрытия.
При протяженных тоннелях по условиям пожарной безопасности рациональным, как правило, является, цементобетонное покрытие.
Асфальтобетонное покрытие дорожной одежды следует предусматривать двухслойным (6+6 см) с повышенными светоотражающими свойствами. Нижний слой – из плотного асфальтобетона по ГОСТ 9128-2009 «Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Технические условия» на гранитном щебне фракции 5–20 мм. Верхний слой – из высокоплотного асфальтобетона на фракционированном щебне (фракции 5–10 мм и 10–15 мм). Поверхность покрытия должна быть устойчивой против износа и шлифуемости.
Для тоннелей протяженностью более 125 м в целях лучшей зрительной адаптации водителей и снижения электропотребления на освещение тоннеля рекомендуется перед въездным порталом на длине около 100 м использовать темное дорожное покрытие, а на начальном участке тоннеля длиной не менее 150 м – осветленное дорожное покрытие.
На рамповом участке коэффициент сцепления шин автомобилей с поверхностью покрытия следует принимать равным не менее 0,6.
На проезжей части тоннелей должна быть выполнена разметка по ГОСТ Р 51256-2011 «Технические средства организации дорожного движения. Разметка дорожная. Классификация. Технические требования» с использованием световозвращающих маркировочных материалов.
Применяемые при строительстве материалы и изделия должны обеспечивать выполнение дорожно-строительных работ в соответствии с проектной документацией (ТР ТС 014/2011, п. 11.2б).
Верхнее строение пути в железнодорожных тоннелях должно соответствовать техническим характеристикам, принятым по нормам органов исполнительной власти в области железнодорожного транспорта для открытых участков линии железной дороги.
Конструкция верхнего строения пути должна обеспечивать возможность механизированного ремонта и содержания пути.
Балластная конструкция верхнего строения пути выполняется на щебеночном балласте толщиной в подрельсовых зонах не менее 0,35 м.
В местах сопряжения безбалластной конструкции пути в тоннеле с балластной на подходах к тоннелю укладываются участки переходного пу-
70