banner

Погружной тоннель. Вариант конструктивного решения транспортного перехода через Керченский пролив

Опубликовано: 15.10.2018

видео Погружной тоннель. Вариант конструктивного решения транспортного перехода через Керченский пролив

Простейший способ замены сальника из глубокого глухого тоннеля (колодца)

Транспортный переход через Керченский пролив призван решить проблему коммуникаций между Краснодарским краем и Крымским полуостровом, обеспечив круглогодичное и эффективное сообщение автомобильным и железнодорожным транспортом. Условия Керченского пролива достаточно сложные, как в части гидрологических и ледовых условий, так и в части геологического строения и сейсмической активности.



Глубина воды незначительная (около 7 м) за исключением искусственно поддерживаемого судового хода (15 м).

В весенний период тяжелые льды выносит нагонным течением из Азовского моря в пролив, создавая неблагоприятную для опор моста обстановку.

Расчетная сейсмичность площадки 9 баллов.


Вакуумная упаковка Saccardo Dublino 1396

По дну пролива распространены илистые отложения мощностью до 50 м.

Исходя из вышеперечисленных условий, вариант перехода в виде мостового сооружения должен удовлетворять следующим критериям:

Пролетное строение должно обеспечивать пропуск временной нагрузки от 4-х полос автомобильного движения класса А14, двухпутной железнодорожной нагрузки класса С14, возможно и дополнительных нагрузок от магистральных коммуникаций — высоковольтной линии, газопровода, водопровода, связи. Минимальная величина пролета из условий пропуска судового хода составит 220 м, подмостовой габарит не менее 45 м. Опоры моста массивные с ледорезными частями в уровне ледохода, с фундаментами на свайном основании из буровых свай сверхглубокого заложения, либо на очень массивной железобетонной плите на консолидированном естественном основании. Слабые грунты в верхней части геологического разреза и высокая сейсмичность площадки приведут к очень

массивной конструкции опор. В связи с наличием железнодорожной нагрузки, конструкция моста висячей и вантовой систем не реализуема.

Не удивительно, что при таких исходных данных стоимость создания такого перехода оценивается в 150 и более миллиардов рублей.

Предлагается рассмотреть вариант перехода в виде тоннеля большого сечения, позволяющего разместить все необходимые элементы перехода — автомобильную дорогу, железную дорогу, коммуникации, сервисные и эвакуационные проходы.

Понятно, что создать тоннель с таким поперечным сечением методом проходки не представляется возможным. Кроме того тоннель, сооруженный с применением ТПК необходимо заглублять ниже илистых грунтов, что значительно увеличит его длину при соблюдении максимальных продольных уклонов и создаст значительное гидростатическое давление при проходке на глубине более 50 м под толщей слабых грунтов. Все эти факторы делают такой тоннельный переход неконкурентоспособным даже по сравнению с вариантом мостового перехода.

В этом смысле вариант погружного тоннеля позволяет создать переход с требуемым поперечным сечением для размещения всех необходимых элементов. В то же время конструкция перехода позволяет располагать тоннель в уровне залегания слабых грунтов, что позволит получить общую длину сооружения, сопоставимую с мостом. В то же время затраты на создание такого перехода будут значительно ниже, чем для моста и тоннеля с применением ТПК, поскольку отсутствует необходимость в сооружении большого количества массивных опор в акватории пролива для моста и необходимость в глубоком залегании для тоннеля с ТПК. Общая длина сооружения с учетом продольных уклонов железнодорожного пути составит около 6,2 км.

Технология сооружения погружного тоннеля предполагает создание сборных железобетонных секций тоннеля длиной около 150 м в сухом доке, создание траншеи по дну пролива для размещения тоннеля, вывод секций к месту монтажа с использованием положительной плавучести секции, установка (затопление) секций на отсыпанную поверхность, стыковка и герметизация стыка, откачка воды из стыковой камеры, защитная обсыпка тоннеля скальным грунтом, устройство проезжей части, верхнего строения пути, эксплуатационных обустройств, коммуникаций.

В мировой практике известно более 150 таких тоннелей. Их конструкция и технология производства работ обеспечивают конкурентоспособную строительную стоимость, значительное снижение строительных рисков, небольшие, по сравнению с конкурирующими вариантами, эксплуатационные затраты.

По предварительной оценке сметная стоимость такого перехода под Керченским проливом составит около 100 миллиардов рублей

Рис. 2. Варианты трассы тоннеля

Рис. 3. Поперечное сечение секции тоннеля

Технология сооружения

Пять основных технологических процессов определяют как срок строительства, так и всю структуру стройки.

Эти процессы отчасти могут выполняться параллельно, однако в любом случае определяют критический путь графика производства работ. Это:

Создание траншеи по дну пролива для размещения тоннеля. Глубина траншеи

переменная вдоль   оси,   максимальная   глубина   определяется   из   условий   размещения   всех

элементов сооружения под судовым ходом.

Глубина воды в месте прохождения судового хода составляет 15 м, высота защитной каменной наброски над тоннелем -4 м, высота секции тоннеля 8,7 м, толщина распределяющей отсыпки под секции тоннеля -2 м. Итого полная минимальная глубина траншеи под размещение тоннеля составит около 15 м. При величине продольного уклона железнодорожного пути 12 промилле общая минимальная длина тоннеля до отметок уреза воды составит 5 км., что равно кратчайшему расстоянию между берегами пролива в Еникальском и Жуковском створах -параллельно трассе паромной переправы.

При выборе другого варианта прохождения трассы ее длина будет составлять порядка 11 км, при этом отпадет необходимость прохождения дороги по косе Чушка.

Объем дноуглубительных работ по подготовке траншеи при самом протяженном варианте составляет 8,5 млн. мЗ. В любом другом варианте — 4-4,5 млн. м .

Дноуглубительные работы выполняются специализированными дноуглубительными судами — фрезерными земснарядами и самоходными трюмными землесосами с вывозом выбранного грунта в подводный отвал. Дноуглубительные операции сопряжены с нанесением значительного ущерба экологической системе, связанного с замутнением воды в месте разработки грунта и в месте подводной свалки. Однако темп этих работ напрямую увязан с темпом сооружения тоннеля и по масштабам современных дноуглубительных судов очень невелик -порядка 600 тысяч кубических метров в месяц. Кроме того ремонтные дноуглубительные работы в Керченском проливе ведутся постоянно в судовых ходах вдоль и поперек пролива.

Создание основания   под  тоннель.  В качестве основания используется слой

щебня, или гравия толщиной 2 м. Поскольку у погружного тоннеля в готовом состоянии очень незначительная отрицательная плавучесть, его давление на основание так же незначительно. Именно поэтому никаких серьезных объемов работ по устройству фундамента под тоннель в отличие от мостового перехода не предполагается. Кроме того при сейсмических колебаниях подвижки дна не будут передаваться на тоннель, поскольку нет жесткого закрепления тоннеля к фундаменту. Объем работ на вариант тоннеля с максимальной длиной составит около 2,5 млн. мЗ. Для укладки грунта основания понадобятся специально оборудованные баржи — катамараны с технологическими мостиками, вдоль которых перемещается распределительное устройство для равномерной укладки  щебня,  или  гравия  в  основание.  Подобные  работы  выполнялись  при создании фундаментов пилонных опор моста Рион-Антирион в Коринфском заливе (Греция) Изготовление секций тоннеля в сухом доке. Секции тоннеля будут изготавливаться из монолитного железобетона. Для минимизации трещинообразования от усадки бетона при твердении понадобятся специальные мероприятия. Они могут включать применение безусадочных самоуплотняющихся смесей для бетонирования секций на всю высоту сечения, специальные режимы тепловлажностной обработки бетона, включая искусственное охлаждение (отвод тепла) при твердении бетона и естественно, утепление опалубки. Естественно, создание сухого дока само по себе — достаточно объемная задача, однако с учетом размеров секции такое сооружение вполне осуществимо и может после завершения строительства использоваться для слипования или ремонта судов.

Рис. 4 Секция погружного тоннеля (Южная Корея) 2008 г.

Рис 5. Секция комбинированного (автодорога + ж.д.) тоннеля Орезунд (Дания) 1999 г

Вывод секции тоннеля в проектное положение. Готовая секция оборудуется по торцам стыковыми камерами и герметизируется. Сухой док заполняется водой и секция, имеющая положительную плавучесть, выводится в акваторию, буксируется к месту установки и затапливается в проектное положение. В качестве балласта может быть использован пригруз, или временный водный балласт. После стыковки секции с ранее установленной вода из стыковой камеры откачивается и производится окончательное оформление стыка. Временный пригруз, обеспечивающий нахождение секции в проектном положении, может быть удален после укладки в тоннеле монолитного бетона плиты проезда для автомобильной и железнодорожной части. Для обеспечения достаточного веса балласта достаточно уложить плиту толщиной 20 см.

Рис. 6 Транспортировка секции тоннеля

Рис. 7 Стыковая камера после осушения

Защитная засыпка тоннеля скальным грунтом.  Обсыпка готового тоннеля

скальным грунтом выполняется до «черных» (природных) отметок дна и служит для стабилизации положения тоннеля и для защиты конструкций от ударов при авариях судов или при отдаче судовых якорей. Общий объем засыпки составит около 1,7 млн м .

Рис. 8. Поперечный профиль тоннеля

Сроки реализации проекта

Продолжительность строительства такого сооружения достаточно велика. Первый этап строительства — сооружение сухого дока и временной инфраструктуры займет от 8 до 12 месяцев. За этот период будут выполнены дноуглубительные работы и отсыпка основания под тоннель.

Далее работы будут выполняться по циклической схеме, включающей бетонирование секции, вывод готовой секции в акваторию, установку в проектное положение на дно, стыковку и герметизацию тоннеля, защитную засыпку тоннеля. При темпе изготовления секций 2 шт. в месяц общая продолжительность этапа составит 42 месяца с учетом 3 неблагоприятных месяцев, когда работы не производятся по условиям акватории (штормовые условия, ледоход). Защитная отсыпка производится с отставанием от монтажа секций на 300 м, что увеличит продолжительность этапа еще на 2 месяца.

На заключительном этапе выполняются работы по устройству проезжей части, укладке ж.д. путей, прокладке коммуникаций и сервисных обустройств (система вентиляции, мониторинг, видеонаблюдение, освещение и т.п.). Продолжительность этапа 6 месяцев.

Таким образом, общая продолжительность строительства составит 58-62 месяца, что при предполагаемых объемах работ представляется достаточно сжатым сроком.

Объемы работ и стоимость строительства

Общий объем работ по переходу огромен:

Дноуглубительные работы — 8,5 млн. м3. Отсыпка гравия — 2,5 млн. м3 Монтаж секций тоннеля — 1040 тыс. м3 Отсыпка скальным грунтом — 1,7 млн. м3 Временная инфраструктура, включая сухой док 1,7 млрд. руб. 3,2 млрд. руб. 78 млрд. руб. 2,5 млрд. руб. 18 млрд. руб

Стоимость сооружения оценивается приблизительно в 103 млрд. руб. при расположении тоннеля в Южном створе с длиной 6,2 км, или 156 млрд. руб. при расположении в широкой части пролива с общей длиной 11.7 км.

К недостаткам варианта перехода в виде погружного тоннеля можно отнести невозможность разделения работ на 2 очереди, как это можно с мостом, однако с учетом значительной разницы в стоимости, весь тоннель стоит не больше, чем даже первая очередь моста с автопроездом под 2 полосы движения и 1 ж.д. путь.

Источник материала: http://www.vseomostah.ru

Все права защищены. © sitename
rss