Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Строительство туннелей

Туннели вырывают из различных материалов, от мягкой глины до твердых пород. Метод строительства туннеля зависит от таких факторов, как состояние грунта, состояние грунтовых вод, длина и диаметр прохода туннеля, глубина туннеля, логистика поддержки выемки туннеля, конечное использование и форма туннеля. и соответствующее управление рисками. Строительство туннелей - это разновидность подземного строительства .

Обычно используются три основных типа строительства туннелей:

Стоимость [ править ]

Опыт 2017 года показывает, что туннели TBM городского метро стоят примерно 500 миллионов евро за километр. В Швейцарии километр автострадного туннеля оценивался примерно в 300 миллионов швейцарских франков, в то время 200 миллионов евро. Подводный тоннель между Данией и Германией планируется на 425 млн на км, в 2015 году [1] [2] [3]

Cut-and-cover [ править ]

Строительство метро Paris Métro во Франции.

Cut-и-крышка представляет собой простой метод строительства для мелких туннелей , где траншея выкопана и крытых над подвесной системой поддержки достаточно сильной , чтобы нести нагрузку , что должно быть построены выше туннеля. Доступны две основные формы проходки туннелей методом разрезания и прикрытия:

  • Метод «снизу вверх» : выкапывается траншея с опорой на грунт, если необходимо, и в ней сооружается туннель. Туннель может быть из монолитного бетона, сборного железобетона, сборных арок или гофрированных стальных арок; в первые дни использовалась кирпичная кладка. Затем траншея тщательно засыпается и поверхность восстанавливается.
  • Метод «сверху вниз» : боковые опорные стены и ограждающие балки сооружаются с уровня земли такими методами, как заделка стен из цементного раствора или непрерывная буронабивная сваи. Затем неглубокий котлован позволяет сделать крышу туннеля из сборных балок или монолитного бетона. Затем восстанавливают поверхность, за исключением отверстий для доступа. Это позволяет на раннем этапе восстановить дороги, услуги и другие элементы поверхности. Затем под постоянной крышей туннеля производятся земляные работы и сооружается фундаментная плита.

Неглубокие туннели часто бывают закрытого типа (если они находятся под водой, типа погруженных труб), в то время как глубокие туннели выкапываются, часто с использованием проходческого щита . Для среднего уровня возможны оба метода.

Большие коробки с вырезом и крышкой часто используются на станциях метро , например на станции метро Canary Wharf в Лондоне. Эта конструкция обычно имеет два уровня, что позволяет экономично расположить билетный зал, платформы станций, доступ для пассажиров и аварийный выход, вентиляцию и контроль дыма, комнаты для персонала и помещения для оборудования. Интерьер станции Кэнэри-Уорф сравнивают с подземным собором из-за огромных размеров раскопок. Это контрастирует со многими традиционными станциями лондонского метро., где пробуренные туннели использовались для станций и доступа пассажиров. Тем не менее, первоначальные части сети лондонского метрополитена, Метрополитен и Окружные железные дороги, были построены методом «вырезать и прикрыть». Эти линии были созданы раньше, чем электрическая тяга, и близость к поверхности была полезна для вентиляции неизбежного дыма и пара.

Основным недостатком метода «вырезать и укрыть» является широко распространенное нарушение на уровне поверхности во время строительства. Это, а также наличие электрической тяги привели к тому, что к концу XIX века лондонский метрополитен переключился на пробуренные туннели на более глубоком уровне.

Сверлильные станки [ править ]

Основная статья: туннельно-буровой станок
Рабочий выглядит карликом по сравнению с туннелепроходческой машиной, с помощью которой вырыли самый длинный в мире туннель Готардской базы ( Швейцария ).

Машины для проходки туннелей и связанные с ними резервные системы используются для высокой автоматизации всего процесса проходки туннелей, что снижает затраты на прокладку туннелей. В некоторых случаях, преимущественно в городских условиях, проходка туннелей рассматривается как быстрая и экономичная альтернатива прокладке наземных рельсов и дорог. Дорогостоящая принудительная покупка зданий и земли с потенциально долгими запросами на планирование устранена. Недостатки ТБМ возникают из-за их обычно большого размера - сложности транспортировки большой ТБМ к месту строительства туннеля или (альтернативно) высокой стоимости сборки ТБМ на месте, часто в пределах строящегося туннеля.

Существует множество конструкций TBM, которые могут работать в различных условиях, от твердых пород до мягких водоносных грунтов. Некоторые типы ТБМ, машины для балансировки бентонитовой суспензии и давления грунта, имеют герметичные отсеки в передней части, что позволяет использовать их в сложных условиях ниже уровня грунтовых вод.. Это создает давление на землю перед режущей головкой TBM, чтобы сбалансировать давление воды. Операторы работают при нормальном давлении воздуха за отсеком высокого давления, но иногда им приходится заходить в этот отсек, чтобы заменить или отремонтировать резаки. Это требует особых мер предосторожности, таких как местная обработка грунта или остановка TBM в месте, свободном от воды. Несмотря на эти трудности, TBM теперь предпочтительнее старого метода туннелирования в сжатом воздухе с воздушным шлюзом / декомпрессионной камерой на некотором удалении от TBM, что требовало от операторов работы при высоком давлении и прохождения процедур декомпрессии в конце их смены, как у глубоководных дайверов .

В феврале 2010 года компания Aker Wirth доставила ТБМ в Швейцарию для расширения электростанций Линт-Лиммерн, расположенных к югу от Линталя в кантоне Гларус . Скважина имеет диаметр 8,03 метра (26,3 фута). [4] Четыре ТБМ, использованные для рытья 57-километрового (35 миль) туннеля Готардской базы в Швейцарии , имели диаметр около 9 метров (30 футов). Более крупная ТБМ была построена для бурения туннеля Green Heart (голландский: Tunnel Groene Hart) как части HSL-Zuid в Нидерландах, диаметром 14,87 метра (48,8 футов). [5] Это, в свою очередь, было заменено мадридской кольцевой дорогой M30 , Испания.и туннели Чонг Мин в Шанхае , Китай . Все эти машины, по крайней мере частично, были построены Herrenknecht . По состоянию на август 2013 года крупнейшей ТБМ в мире является « Большая Берта », машина диаметром 57,5 ​​футов (17,5 м), построенная Hitachi Zosen Corporation , которая роет заменяющий туннель виадука Аляскинский путь в Сиэтле, штат Вашингтон (США). [6]

Удар по глине [ править ]

Удар по глине - это разработанный в Соединенном Королевстве специальный метод рытья туннелей в прочных грунтовых структурах на основе глины. В отличие от прежних ручных методов использования мотыг, которые полагались на твердую структуру почвы, удары ногами по глине были относительно тихими и, следовательно, не повредили мягким структурам на основе глины. Кикер лежит на доске под углом 45 градусов от рабочего забоя и вставляет инструмент с чашеобразным закругленным концом вместе с ножками. Вращая инструмент вручную, кикер извлекает участок почвы, который затем помещается на вытяжку.

Этот метод, использовавшийся в викторианском гражданском строительстве, нашел применение при обновлении древних канализационных систем Великобритании , поскольку не нужно было удалять все имущество или инфраструктуру для создания небольшой системы туннелей. Во время Первой мировой войны эта система использовалась королевскими инженерами, проходящими туннели, для установки мин под линиями Германской империи . Этот метод был практически бесшумным и поэтому не поддавался прослушиванию. [7]

Валы [ править ]

Иллюстрация 1886 года, показывающая систему вентиляции и дренажа железнодорожного туннеля Мерси.

Во время рытья туннеля иногда требуется временная шахта доступа . Обычно они имеют круглую форму и идут прямо вниз, пока не достигнут уровня, на котором будет построен туннель. Шахта обычно имеет бетонные стены и обычно строится как постоянная. После того, как шахты доступа завершены, ТБМ опускают на дно, и можно начинать земляные работы. Шахты - это главный вход в туннель и выход из него до завершения проекта. Если туннель будет длинным, можно просверлить несколько стволов в разных местах, чтобы вход в туннель был ближе к неизведанной области. [8]

После завершения строительства шахты для доступа к строительству часто используются в качестве вентиляционных шахт , а также могут использоваться как аварийные выходы.

Техника напыления бетона [ править ]

Новые австрийский туннельный метод (NATM) был разработан в 1960 - х годах и является наиболее известными из числа инженерно - технических методов , которые используют расчетные и эмпирические измерения , чтобы обеспечить надежную опору для тоннельной обделки. Основная идея этого метода состоит в том, чтобы использовать геологическое напряжение окружающего массива горных пород для стабилизации туннеля, позволяя измерять релаксацию и переназначение напряжения в окружающей горной породе, чтобы предотвратить наложение полных нагрузок на опоры. На основании геотехнических измерений рассчитывается оптимальное поперечное сечение . Котлован защищен слоем напыляемого бетона, обычно называемого торкретбетоном.. Другие меры поддержки могут включать стальные арки, анкерные болты и сетку. Технологические разработки в технологии напыляемого бетона привели к добавлению стальных и полипропиленовых волокон в бетонную смесь для повышения прочности футеровки. Это создает естественное несущее кольцо, которое минимизирует деформацию породы .

Батарейный туннель Illowra , Порт Кембла. Один из многих бункеров к югу от Сиднея .

Благодаря специальному мониторингу метод NATM становится гибким даже при неожиданных изменениях геомеханической плотности горных пород во время проходческих работ. Измеренные свойства породы позволяют выбрать подходящий инструмент для укрепления туннелей . В последние десятилетия также стали обычными раскопки мягких грунтов на глубине до 10 километров (6,2 мили).

Прокладка труб [ править ]

Основная статья: Прокладка труб

В производстве обсадных труб , гидравлические домкраты используются , чтобы подтолкнуть специально изготовленные трубы через землю позади TBM или щита. Этот метод обычно используется для создания туннелей под существующими конструкциями, такими как дороги или железные дороги. Туннели, построенные с помощью домкратов, обычно представляют собой отверстия небольшого диаметра с максимальным размером около 3,2 метра (10 футов).

Подъем коробки [ править ]

Поддомкрачивание коробок аналогично поддомкрачиванию труб, но вместо поддомкрачивания труб используется коробчатый туннель. Ящики с домкратами могут иметь гораздо больший пролет, чем домкраты, при этом пролет некоторых домкратов может превышать 20 метров (66 футов). Режущая головка обычно используется в передней части поднимаемого домкратом ящика, а удаление грунта обычно производится экскаватором изнутри ящика. Недавние разработки Jacked Arch и Jacked deck позволили устанавливать более длинные и большие конструкции с близкой точностью. Подземный переход длиной 126 м с прозрачным пролетом на 20 м под линиями высокоскоростной железной дороги в Клиффсенде в Кенте, Великобритания.

Подводные туннели [ править ]

Акулий туннель в Аквариуме Джорджии
Основная статья: Подводный туннель

Есть также несколько подходов к подводным туннелям, два из которых наиболее распространены - это буровые туннели или погружные трубы , например, туннель Бьёрвика и Мармарай . Подводные плавучие туннели - это новый рассматриваемый подход; однако до настоящего времени такие туннели не построены.

Сухопутные туннели [ править ]

Новый вид туннелей используется для уменьшения воздействия автомобильных и железных дорог на окружающую среду: наземные туннели. Это не подземные туннели, они построены на уровне земли. Городская территория рядом с туннелем может быть увеличена за счет земли или зданий (например, парковок) для улучшения интеграции туннеля в непосредственной близости. Хорошим ранним примером такого наземного туннеля является туннель на автомагистрали А2 в Лейдше-Рейне, недалеко от голландского города Утрехт. [9]

Временный способ [ править ]

Во время строительства туннеля часто бывает удобно установить временную железную дорогу, особенно для удаления вынутого грунта , часто узкой колеи, чтобы она могла быть двухколейной, чтобы позволить движение порожних и груженых поездов одновременно. Временный путь при завершении заменяется постоянным , что объясняет термин «Первей».

Расширение [ править ]

Технический туннель в Праге

Транспортные средства или трафик, использующие туннель, могут перерасти его, что потребует замены или расширения:

  • Двухпутный туннель 1832 года длиной в милю от Эдж-Хилл до Лайм-стрит в Ливерпуле был почти полностью удален, за исключением 50-метрового участка в Эдж-Хилл и участка ближе к Лайм-стрит, поскольку требовалось четыре пути. Туннель был вырыт в очень глубокую четырехколейную выемку с короткими туннелями вдоль выемки. В процессе работы поезда не останавливались. [10] [11] Есть и другие случаи, когда туннели заменяются открытыми разрезами, например, Обернский туннель .
  • Фарнворт тоннель в Англии был увеличен с использованием туннелем сверлильного станка (TBM) в 2015 году [12] Rhyndaston тоннель был расширен с использованием заимствованных TBM таким образом , чтобы иметь возможность принимать контейнеры ISO .

Строительный котлован [ править ]

Открытый строительный котлован состоит из горизонтальной и вертикальной границ, которые не допускают попадания грунтовых вод и почвы в котлован. Существует несколько возможных альтернатив и комбинаций (горизонтальных и вертикальных) границ строительных котлованов. Самым важным отличием от cut-and-cover является то, что открытый строительный котел заглушается после строительства туннеля; крыша не ставится. [ необходима цитата ]

Другие методы строительства [ править ]

  • Буровые и взрывные работы
  • Гидравлический сплиттер
  • Барабанные фрезы
  • Машина для защиты от шлама
  • Способ возведения стеновых панелей.

См. Также [ править ]

  • Микротоннелирование

Известные туннельные компании [ править ]

  • Скучная компания
  • Cargo Sous Terrain
  • Чикагская туннельная компания

Ссылки [ править ]

  1. ↑ Илон Маск о расширении метро в Лос-Анджелесе , интервью TED, 2017.
  2. ^ Варум 1-метровый автобан 300 000 Franken kosten kann , NZZ, 2005-12-13.
  3. ^ Dänisches Parlament beschließt Bau - де - Ostsee-тоннели , Der Spiegel, 2015-04-28.
  4. ^ "Тоннели и туннелирование International" . Tunnelsonline.info. Архивировано из оригинала на 2012-03-16 . Проверено 19 апреля 2013 .
  5. ^ "Туннель Грена Харта" . Hslzuid.nl. Архивировано из оригинального 25 сентября 2009 года . Проверено 19 апреля 2013 .
  6. ↑ Джонсон, Кирк (4 декабря 2012 г.). «Инженерные проекты преобразят Сиэтл по всей набережной» . Нью-Йорк Таймс .
  7. ^ «Туннелирование» . tunnellersmemorial.com. Архивировано из оригинального 23 августа 2010 года . Проверено 20 июня 2010 .
  8. ^ Инженерный корпус армии США. (1978). Тоннели и шахты в скале. Вашингтон, округ Колумбия: Департамент армии.
  9. ^ Ван дер Хувен, Frank (2010). «Landtunnel Utrecht at Leidsche Rijn: концептуализация голландского многофункционального туннеля». Туннельные и подземные космические технологии . 25 (5): 508–517. DOI : 10.1016 / j.tust.2010.03.005 .
  10. ^ "Архивная копия" . Архивировано 4 марта 2016 года . Проверено 2 апреля 2009 .CS1 maint: archived copy as title (link)
  11. ^ "Архивная копия" . Архивировано 4 марта 2016 года . Проверено 2 апреля 2009 .CS1 maint: archived copy as title (link)
  12. ↑ The Railway Magazine, август 2015, стр.