Строительство тоннелей - Tunnel construction
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:
- Туннель с вырубкой и перекрытием, построенный в неглубокой траншее, а затем засыпанный.
- Пробуренный туннель, построенный на месте, без удаления земли наверху. Они обычно имеют круглое или подковообразное сечение. Применяются некоторые концепции подземной добычи полезных ископаемых . Современные методы включают торкретирование, используемое в методе проходки туннелей в Новой Австрии , использование туннельно-проходческой машины (TBM) или проходческого щита . Но все тоннели построены , которые закреплены с пит реквизитом и беднейшие и затем steined или таймер опоры установлены. Полезны приемы, известные из бочкообразных сводов .
- Погруженный трубчатый туннель, погруженный в водоем и уложенный или закопанный прямо под его дном.
Расходы
Опыт 2017 года показывает, что туннели TBM городского метро стоят примерно 500 миллионов евро за километр. В Швейцарии километр автострады оценивался примерно в 300 миллионов швейцарских франков, тогда как 200 миллионов евро. В 2015 году планируется проложить подводный туннель между Данией и Германией со скоростью 425 миллионов км / км.
Вырезать и закрыть
Вырубка и закрытие - это простой метод строительства неглубоких туннелей, при котором траншея вырывается и покрывается крышей с помощью надземной опорной системы, достаточно прочной, чтобы выдерживать нагрузку от того, что должно быть построено над туннелем. Доступны две основные формы проходки методом вскрытия и перекрытия:
- 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 арок из гофрированной стали; 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 поверхность восстанавливается, 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 , таких как станция 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 для станций и доступа пассажиров использовались пробуренные туннели. Тем не менее, оригинальные части сети лондонского метрополитена, Метрополитен и Окружные железные дороги, были построены по принципу «вырезать и укрыть». Эти линии возникли 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 привело к тому, что к концу XIX века лондонское метро переключилось на пробуренные туннели на более глубоком уровне.
Расточные станки
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, в основном 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 самых разных 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 уравновесить 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 работы. 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). Четыре ТБМ, использованные для рытья 57-километрового (35 миль) туннеля Gotthard Base 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). Это, в свою очередь, было заменено мадридской кольцевой дорогой M30 , Испания , и туннелями Чонг Мин в Шанхае , Китай . Все эти машины, по крайней мере частично, были построены компанией 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 новый туннель для замены Виадука Аляскинского пути в Сиэтле, штат Вашингтон (США).
Глина
Удар по глине - это специальный метод, разработанный в Соединенном Королевстве для рытья туннелей в прочных грунтовых структурах на основе глины. В отличие от предыдущих ручных методов использования мотыг, которые полагались на твердую структуру почвы, удары ногами по глине были относительно бесшумными и, следовательно, не повредили мягким структурам на основе глины. Глиняный 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 в 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 инженерными компаниями, проходящими туннели, для установки мин под линиями Германской империи . Этот метод был практически бесшумным и поэтому не поддавался прослушиванию.
Валы
Временная шахта доступа иногда необходима во время рытья туннеля. 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 нераскопанной области.
После завершения строительства шахты для доступа к строительству часто используются в качестве вентиляционных шахт , а также могут использоваться как аварийные выходы.
Техника напыления бетона
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 окружающей горной массы для стабилизации туннеля, позволяя измерять релаксацию и переназначение напряжения в окружающей горной породе, чтобы предотвратить наложение полных нагрузок на опоры. На основе инженерно-геологических 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 в бетонную смесь стальных и полипропиленовых волокон для повышения прочности футеровки. Это создает естественное несущее кольцо, которое сводит к минимуму деформацию породы .
Благодаря специальному мониторингу метод NATM является гибким даже при неожиданных изменениях геомеханической плотности горных пород во время проходки туннелей. 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).
Поддомкрачивание 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, сооружаемые с помощью домкратов, обычно представляют собой отверстия небольшого диаметра с максимальным размером около 3,2 метра (10 футов).
Поддомкрачивание коробки
Поддомкрачивание коробчатого типа 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 осуществляется 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 чистым пролетом и свободным пролетом под линиями высокоскоростной железной дороги в Клиффсенде в графстве Кент, Великобритания.
Подводные туннели
Есть также несколько подходов к подводным туннелям, два из которых наиболее распространены - это буровые туннели или погруженные трубы , например, туннель Бьёрвика и Мармарай . Подводные плавучие туннели - это новый рассматриваемый подход; однако до настоящего времени такие туннели не построены.
Сухопутные туннели
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), чтобы улучшить интеграцию туннеля в непосредственной близости. Хорошим ранним примером такого наземного туннеля является туннель на автомагистрали А2 в Лейдше-Рейне, недалеко от голландского города Утрехт.
Временный способ
Во время строительства туннеля часто бывает удобно установить временную железную дорогу, особенно для удаления выкопанного грунта , часто узкую колею, чтобы она могла быть двухколейной, чтобы обеспечить одновременное движение порожних и груженых поездов. Временный путь при завершении заменяется постоянным , что объясняет термин «Perway».
Расширение
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. Есть и другие случаи, когда туннели заменяются открытыми разрезами, например, Оберн-туннель .
- Фарнворт тоннель в Англии был увеличен с использованием туннелем сверлильного станка (TBM) в 2015 году Rhyndaston тоннеля был расширен с использованием заимствованных TBM таким образом , чтобы иметь возможность принимать контейнеры ISO .
Открытый строительный котлован
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 котлован заглушается после строительства туннеля; крыша не ставится.