Тунелите - комплексна инженерна задача

Тунелите - комплексна инженерна задача

Публикувано на: 2011-05-23 05:57:00

Тунелите - комплексна инженерна задача


Необходимостта от подземно (тунелно) строителство
Нарастващата нужда от повече пространство в големите градове и поставените цели за енергийна ефективност, опазване на околната среда, осигуряване на безопасност - като цяло стремежът за устойчиво развитие, изискват все по-интензивното, многообразно и координирано използване на подземното пространство. Съществуването на автомобилни пътища и железопътни линии с технически параметри, които да дават възможност за движение с високи скорости, е неосъществимо без изпълнението на тунели.
Тунелите традиционно се асоциират с напълно затворен подземен коридор с изключение на изходите за излизане (портали), които обикновено са два. Съвременните примери обаче показват, че е по-уместно да се говори за една сложна подземна система (мрежа) от съоръжения за прокарване на комуникации (жп линии, автомобилни пътища, канали, метрополитени, водопроводи и др.) под възвишение, планина, остров, река и др. Тази система освен коридорите за главните направления включва хоризонтални подземни отклонения, вертикални изходи (шахти), странични връзки и др.
Процесът на проектирането, последващото изпълнение и поддържане на едно подземно съоръжение е комплексна и сложна инженерна задача, която зависи от редици фактори – геоложки особености на терена, предназначение на съоръжението, геометрични параметри на трасето, скорост на движение, динамичен габарит, метод на изпълнение, финансова рамка и др. Всеки проект е уникален и е необходимо към него да се подходи индивидуално, в търсене на най-оптималното решение, което е съобразено с конкретните съществуващи условия.
 
Геология
Тунелното строителство зависи в най-голяма степен от физико-механичните свойства на терена по дължина на подземния коридор. Ето защо геологията заема основно място при вземане на решенията по време на планиране, проектиране и строителство на тунела.
От геомеханичните свойства на земната основа зависят:
- реализирането (осъществимост) на проекта
- разположението и трасето
- методът на изпълнение, съответно цената
- пригодността и "поведението" на завършената конструкция
- анализът на риска.
 
Проектирането задължително започва със задълбочено геоложко и хидрогеоложко проучване - събиране, анализ и оценка на данни. Наличието на достатъчно точна и пълна геоложка "картина" дава възможност да се направи експертно решение относно механизацията и методите за прокопаване, съответно укрепване на съоръжението. При планиране на трасето и дълбочината на залагане трябва да се търси преминаване през терени с най-подходящи геоложки и хидрогеоложки условия. 
 
Традиционните методи за проучване невинаги дават необходимата информациякато здравина на скалата, точно разположение на слабите участъци, нива на подпочвените води и т.н., което е особено важно при изграждане на тунели с големи напречни сечения. В такива случаи може да се изпълни по-малък проучвателен или пилотен тунел, който изпреварва напредъка на фактическия тунел. При непредвидени неблагоприятни условия тунелът с по-малък диаметър е по-лесен за укрепване и може безпроблемно на по-следващ етап да се "включи" в сечението на окончателния тунел. Алтернативен подход е и прокопаването на хоризонтални сондажи пред забоя на тунела.  
 
Изчисление на тунелната конструкция
Подземните съоръжения саподложени на определени нива на натоварване (натиск), които в голяма степен зависят от геомеханичните характеристики на терена. Определянето на изчислителните стойности на натоварването е сложен анализ, който в зависимост от търсената точност може да бъде извършен по различни начини – емпирични методи, аналитични методи, изчислителни методи (метод на крайните елементи и крайните разлики). В България изчислението става съгласно нормативните изисквания на "Норми за проектиране на пътни и железопътни тунели" от 1988 г. и приложимите еврокодове.
При изчисление/проектиране  е необходимо да бъдат взети под внимание геотехническите характеристики на почвата/скалата, определените на място нормални напрежения и избраният метод на изпълнение.
 
Естествено засводяване
Важен фактор при строителството на тунели е времето, през което конструкцията може да издържи под действието на земния натиск без допълнително укрепване. Определянето на продължителността на това време позволява да се пресметне количеството изкопи без необходимост от укрепване. Факторите, от които зависи, са:
вид на скалата/почвата, ниво на подпочваните води, профил на напречното сечение и др. Този ефект е най-добре проявен при здравите скали и свързаните почви, докато при пясъците и фините прахови почви е необходимо незабавно укрепване паралелно с напредъка на прокопаване.
 
Сечението на тунела зависи от геологията (вид на скалата/почвата), големината и посоката на планинския натиск, габаритите на динамичния състав, метода на изпълнение и др. Формата на сечението е от значение при укрепването – например, ако широчината значително превишава височината, изкопът е неустойчив под действие на силата на тежестта и е необходимо да се предприемат своевременни мерки.
Светлото сечение на жп тунелите съгласно приложимите в страната норми е фиксирано – оформя се с определени радиуси и центрове на криви. По-голяма е свободата при пътните тунели.
 
Укрепване по време на строителството
Целта му е да поддържа в устойчиво състояние прокопаното сечение от момента на изкопаването му до полагане на постоянна носеща облицовка. В някои случаи това временно укрепване служи и като постоянно - такъв е примерът с положените бетонови елементи при изпълнение с тунелопробивни машини (ТВМ).
В практиката приложение намират укрепване с торкрет и пръскан бетон, притягащи крепежи - анкерно укрепване, кофражно-армировъчни ламарини, тежки стоманени ребра, стоманени накладки, бетонови сглобяеми сегменти, инжектиране на циментов разтвор, замразяване на разкрития профил срещу подпочвените води и др.
Многообразието позволява да се избере оптималното решение в зависимост от конкретните геоложки условия. 
 
Облицовката на тунела е постоянният носещ елемент на подземното съоръжение. Параметрите на това постоянно укрепване се определят след оразмеряване за най-неблагоприятните изчислителни условия. Освен конструктивна облицовката заема важна функционална роля: включва хидроизолацията, осигурява защитна, гладка повърхност; основа за полагане на оборудването (вентилация, противопожарна система, осветлени и т.н.). Облицовката бива първична (изпълнява се паралелно с изкопните работи) и постоянна, която създава гладкостта на сечението и служи за основа на оборудването.
В зависимост от инженерно-геоложките  условия се определя дебелината на облицовката. В България е възприето тя да се изпълнява на пръстени (кампади) с дължина от 4 до 6 м.
 
Методи за строителство
В подземното строителство са познати редица методи в зависимост от геоложките условия, местоположението (градска, извънградска среда), дълбочината на залагане, дължината на тунела, наличната механизация, предвиден срок за изпълнение и др.
Възможно е изграждането без нарушаване на естествения терен, изцяло под земята – класически тунелен способ; изграждане по открит способ (в открит котлован или траншея) или чрез едновременно изграждане на подземната и надземната част на съоръжението – милански способ.
Всяка от групите има своите особености, които трябва да бъдат съобразени и по време на проектирането. Важно е да се отбележи, че изграждането по тунелния способ може да стане по взривен начин (класически метод в планински условия със или без водеща галерия) и безвзривен (механизиран щитов метод в урбанизираните територии).
 
Обслужване
Неконструктивните елементи - инсталации и системи на оборудването, както и дейности, свързани с мониторинг на конструкцията в експлоатационно състояние, гарантират по-голяма дълготрайността и безопасността на съоръжението. Оборудванетое съвкупност от инсталации и обслужващи съоръжения и много често представлява значителен дял от общия бюджет за реализиране на тунела. В най-общия случай включва различни системи за регулиране на движението, за  телекомуникация, вентилационна система, системи за безопасност, осветителни системи, хидроизолационна система, дренажна система и др.
По отношение на мониторинга - различни инженерни методи позволяват да се обследва състоянието на конструкцията, което дава възможност да се планира навременно и правилно поддържане, рехабилитиране или подобрение.
 
Безопасността
При  проектирането на съоръжението е важно да се планира цялостна стратегия за безопасност, която определя мерки за намаляване на произшествията в тунелите - особено от пожари, ограничаване на вредното въздействие върху околната среда и др. Тази стратегия следва да обхване всички онези конструктивни и неконструктивни елементи, които имат отношение към безопасността както по време на строителство, така и при експлоатация.
Към момента има действащата европейска Директива 2004/54/ЕО на Европейския парламент, която определя минималните изисквания за безопасност за тунелите на трансевропейската пътна мрежа.
Основни характеристики на подземното пространство

- предоставя възможност за дейности или инфраструктури, чието реализиране на повърхността е трудно, невъзможно, екологично несъобразно или по-малко икономически изгодно
- предлага естествена защита, едновременно механична, термична и акустична, на всичко, което се намира под земята
- подземното строителство ограничава в известна степен вредното въздействие, свързано с определен вид дейности, върху околната среда и качеството на живот
- подземните съоръжения са "невидими" с изключение на точките, където става свързването с повърхността.
Основни видове тунели и област на приложение

Прокопани с тунелопробивни машини (ТВМ)
- тунели в пренаселени
градове за автомобилен/жп
транспорт или полагане на
комуникации (ВиК, ЕЛ)
- подводни тунели
за  пресичане на дълбоки
плавателни канали
- дълги тунели
под планини
 
Потопени, подводни тунели
- тунели за преминаване през
води с ограничена дълбочина
като реки, канали
и пристанищни басейни
- алтернативно на моста
преминаване, което да осигури
безпрепятствено плаване
 
Cut-and-cover тунели,
по открит способ
- плитки тунели в градските
райони, със средни (умерени)
повърхностни ограничения
- подходи/ шахти към прокопани
или потопени тунели
 
Скални тунели (NАТM)
- къси тунели под планини или
високи води, където цената за
механизирано прокопаване с ТВМ
е икономически неефективно
- тунели с неправилни или
различни като очертание,
напречни сечения
Методи за изпълнение

Способ           МетодОсобености   Приложение
Открит способ (cut-and-cover)
            Котловaнен  метод отдолу нагоре (Bottom-up method)           
Извършва се изкоп за яма (котлован), която се укрепва и в нея се изпълнява съоръжението          
            Траншеен метод отгоре надолу (Top-down method)     Изпълняват се шлиц стени или изливни пилоти и се
изгражда покриваща конструкция
                                    при несвързани скални породи (пясъци, чакъли и др.) - в градски условия - за плитко заложени тунели
Взривен тунелен способ
            С водеща галерия - Белгийски метод - Австрийски метод - Германски (ядров) метод            Предназначени за големи изкопни сечения при използването предимно на дървен крепеж
            Без водеща галерия- със стъпаловиден забой - на пълен профил - с долен  горен отстъп - нов австрийски метод (NATM) опростена технология на строителните работи и с прилагането на съвременни крепежни средства пръскан: бетон, анкери, стоманени рамки и др.
                                    - здрави скални породи - в извънградски условия - дълбоко заложени тунели
Безвзривен тунелен способ          Щитов метод (механизирано)      тунелните работи се извършват под закрилата на щит, който представлява стоманена тръба, която може да се придвижва напред с помощта на хидравлични преси -свързани почви и скални масиви - в извънградски и градски условия - плитко и дълбоко заложени тунели
Закрит способ          Милански метод       позволява едновременно изграждане на подземната и надземната част на съоръжението           - в градски условия, когато се налага бързото възстановяване на повърхността
над съоръженията


Обратно към новините в ZonaComfort

Първия Български Бутон за споделяне


Източник: http://www.gradat.bg


Реклама

Бюлетин

www.zonacomfort.eu изпраща всеки месец новини, промоции, справки и статистики на редовните си клиенти. От тук може да се регистрирате и Вие.
Въведете e-mail:

 Статии

Инжектиране на бетони
Виждали ли сте напукан бетон? Пукнатините по бетонни стени, колони и плочи не просто изглеждат зле. Те намаляват ...

19

 Календар