1. Понятие о тоннелях. Классификация тоннелей.

Тоннель – это горизонтальное или наклонное протяжённое подземное сооружение, предназначенное для различных целей: перемещение транспортных потоков, воды, размещение коммуникаций, добыча ископаемых, расположение заводов, хранение различных веществ.

По назначению тоннели делят на пять основных групп:

1) тоннели на путях сообщения (метрополитены, железнодорожные, автодорожные, судоходные и пешеходные);

2) тоннели гидротехнические (тоннели на гидроэлектростанциях, для водоснабжения и мелиоративные);

3) тоннели городского хозяйства (подземные водостоки, водопроводные и канализационные, коллекторы и т.п.);

4) тоннели горнопромышленные (для обслуживания предприятий, добывающих полезные ископаемые);

5) специальные тоннели (гаражи, оборонные сооружения).

По месту положения:

1. Горные

2. Подводные

3. Равнинные

По глубине заложения:

1. Мелкого заложения

2. Глубокого заложения

По способам строительства:

1. Закрытые (горный, щитовой, продавливание)

2. Открытые (котлованный, траншейные)

3. Опускные (колодцы, кессоны, секции)

4. Специальные (водопонижение, замораживание, химическое закрепление, тампонаж)

При строительстве подводных тоннелей наряду с щитовым способом применяют способ опускных секций, которые исключают необходимость использования сжатого воздуха.

2. История тоннелестроения.

Тоннели строятся для преодоления препятствий. Первое упоминание о тоннеле было 2150 лет до н.э. – это был пешеходный тоннель над рекой Евфрат в Вавилоне. Для сооружения тоннеля пришлось отводить русло реки в сторону. Обделка возводилась из кирпича, а гидроизоляция выполнялась из асфальта.

Первый судоходный тоннель на Лангедокском канале, длина которого около 160 м), появился начале 17 века во Франции, примерно 1680 г. Дальнейшее развитие тоннелестроения было связано с развитием железной дороги. Первый железнодорожный тоннель длиной 1190 м был построен в 1826-1830 гг. в Англии на линии Ливерпуль – Манчестер.

Открытие динамита и успешное использование бурильных машин (первая машина в 1861 г.) сделали возможным строительства больших тоннелей между Италией, Францией и Швейцарией. В середине 19 века был сооружен тоннель Мон – Сенис длиной 12 км 850 м, соединивший Францию с Италией (1857 – 1871 гг.), в 1872 – 1882 гг. – тоннель Сен – Готард длиной 14 км 984 м, соединивший Италию со Швейцарией. Самый длинный тоннель в мире – Симплонтский длиной 19 км 780 м между Италией и Швейцарией.. 1898 – 1906 гг – строительство первого тоннеля, 1918 – 1921 гг. – строительство второго тоннеля. Основным материалом для возведения обделки тоннелей была бутовая кладка на известковом и цементном растворах. После первой мировой войны построен самый длинный двухпутный железнодорожный тоннель – Большой Апеннинский тоннель (1920 – 1931 гг., длина 18 510 м). В 1927 г. был закончен Ровский судоходный тоннель длиной 7118 м. С развитием автодорожного транспорта был построен самый длинный автодорожный тоннель Сен – Готардский, сданный в эксплуатацию в 1980 г. Продолжают развиваться тоннели в Японии, был построен в 1981 г. двухпутный тоннель Дай – Симидзу длиной 22,2 км. Идет строительство подводных тоннелей. В 1985 г. завершено строительство самого длинного подводного железнодорожного тоннеля в мире «Сэйкан» протяжением около 54 км.

3. Строительство тоннелей в России.

В России первый железнодорожный тоннель был построен в 1862 г. (двухпутный Ковенский тоннель длиной 1280 м). В конце 19 века были построены много тоннелей в связи с освоением окраин России. Один из них – это Сурамский тоннель (1886 – 1890 гг., длина 3998 м). в начале 20 века развернулось широкое строительство тоннелей в Сибири и на Дальнем Востоке ряд двухпутных тоннелей Дальнего Востока был сооружен впервые в мире в условиях вечной мерзлоты. Значительный размах получили тоннельные работы после успешного завершения строительства первой очереди московского метрополитена, которая была сдана в эксплуатацию в 1935 г. Качественно новый период развития отечественного тоннелестроения связан со строительством БАМа. Самый значимый тоннель Северо-Муйский тоннель длиной 15,3 км. Ведется строительство ж/д тоннеля под Архотским перевалом Главного Кавказского хребта длиной 23 км – крупнейшего в Европе высокогорного тоннеля. Значительный тех. прогресс, улучшение организации производства и внедрение комплексной механизации позволили снизить трудоемкость и стоимость работ, достичь высоких скоростей строительства тоннелей.

4. Преодоление высотных препятствий при проектировании транспортных магистралей с помощью тоннелей.

Транспортные тоннели горного типа используются для преодоления трассой высотных препятствий (гор, холмов, других возвышенностей). Они позволяют пересечь препятствие по кратчайшему пути, расположить трассу дороги на прямой в плане и обеспечить благоприятные условия движения транспорта.

Тоннельные пересечения на транспортных коммуникациях должны обеспечивать: безопасный и бесперебойный пропуск транспортных средств (поездов, автомобилей и проч.) с заданными осевыми нагрузками и скоростями; требуемую пропускную способность.

Препятствия делятся на высотные и контурные. К высотным относятся горные хребты, водоразделы и другие возвышенности. При трассировании ж/д или автомобильной дороги возможны три решения: обход высотного препятствия, развитие пути с подъемом на перевал и устройством глубокой выемки, сооружение тоннеля.

При обходе препятствия удлиняется путь и происходит увеличение уклонов, которое в случае ж/д может потребовать на отдельных участках применение кратной тяги, а также вызвать ухудшение эксплуатационных показателей пути.

При развитии линии с открытым пересечением перевала ее длина получается меньшей, но потребность в больших уклонов взрастает. Возникает необходимость в защите высокорасположенных участков пути от снежных заносов, лавин и обвалов путем устройства галерей и других сооружений.

Пересечение высотного препятствия при помощи тоннеля значительно сокращает длину пути и величину уклонов, улучшаются эксплуатационные качества.

5. Преодоление контурных препятствий при проектировании транспортных магистралей с помощью тоннелей.

К контурным препятствиям относят участки оползней, осыпей, лавин и снежных заносов, водотоки и водоемы, а также участки густой застройки. Оползни и осыпи угрожают стабильности земляного полотна и безопасности движения при долинных и косогорных ходах. При оползнях малой мощности возможно расположение пути на эстакадах, опирающихся на ненарушенные грунты, в сочетании с противооползневыми мероприятиями. Однако при более мощных оползнях и наличии глубоких потоков подземных вод наиболее правильным решением задачи часто является перенос трассы в глубь горного тоннеля – за пределы оползневой зоны. Защита пути от снежных лавин и заносов требует больших эксплуатационных расходов и серьезных инженерных мероприятий вплоть до устройства на опасных участках галерей из камня, бетона или железобетона. Поэтому в ряде случаев отказываются от открытого пересечения перевала и сооружают тоннель вне зоны опасной в отношении лавин и заносов.