Тоннели и метрополитены, история тоннелестроения

На базе технического прогресса, улучшения организации производства и комплексной механизации значительно снижена трудоемкость и стоимость работ, достигнуты высокие скорости сооружения тоннелей метрополитенов.

Мастерство советских  тоннелестроителей получило международное признание. Ими сооружен ряд крупных тоннелей за рубежом, в том числе тоннели Ассуанской плотины (ОАР), имеющие наружный диаметр 17 м. 

Классификация тоннелей

           Тоннелем называется горизонтальное или наклонное подземное  искусственное сооружение, предназначенное для транспортных целей, пропуска воды, размещения коммуникаций и т.п.

     В настоящее время тоннели имеют  широкое распространение во всех отраслях народного хозяйства. Они  могут быть классифицированы по назначению и положению относительно земной поверхности. По назначению тоннели делятся на 4 основные группы: 1) тоннели на путях сообщения. 2) тоннели гидротехнические, 3) тоннели коммунальные, 4) тоннели специального назначения.

        Наибольшее распространение имеют  тоннели на путях сообщения,  к которым относятся железнодорожные, автодорожные, судоходные и пешеходные тоннели, тоннели метрополитенов, а также тоннели для нескольких видов транспорта в одном сечении.

     Гидротехнические  тоннели предназначены для перемещения  больших объемов воды. К ним  относятся тоннели гидроэлектростанций, подводящие воду к турбинам и отводящие ее после использования; тоннели водоснабжения, подающие воду для населенных пунктов (иногда за десятки километров); тоннели, используемые для улучшения земель (ирригационные и мелиоративные). До некоторой степени гидротехническими тоннелями являются также судоходные тоннели.

     Коммунальные  тоннели – существенный элемент  хозяйства современного города. Это  подземные водостоки, к которым  относятся целые реки, заключенные  в трубы, водопроводные и канализационные тоннели, а также коллекторы, служащие для размещения подземных городских сетей (силовые  и телефонные кабели, газопроводы, водопроводные магистрали и т.п.).

     К четвертой группе тоннелей относятся  подземные сооружения оборонного значения, а также  подземные электростанции, гаражи и др.

     По  положению относительно элементов  рельефа местности тоннели могут  быть разделены на горные, подводные  и равнинные (например, метрополитены).

МЕТРОПОЛИТЕНЫ . ТРАССА, ПОДВИЖНОЙ  СОСТАВ, ПУТЬ И ПЕРЕГОННЫЕ СООРУЖЕНИЯ МЕТРОПОЛИТЕНОВ

Разновидности линий

  Метрополитеном называют городской внеуличный электрифицированный рельсовый транспорт, оборудованный надежными системами безопасности движения и предназначенный для скоростных массовых пассажирских перевозок.

  Линии метрополитенов подразделяются на надземные, наземные и подземные.

  Надземные линии метрополитенов располагают на эстакадах на высоте, определяемой габаритами наземного транспорта, рельефом местности и условиями городской застройки.

  В прошлом  столетии в некоторых городах мира предпочитали строить надземные линии метрополитенов, так как при поездах с паровой тягой подземные линии было трудно эксплуатировать из-за дыма и копоти. С переходом на электрическую тягу надземные линии потеряли свое преимущество. Несмотря на это, строительство линий метрополитенов на эстакадах продолжалось из-за меньшей их стоимости по сравнению с подземными линиями. Так, например, в Нью-Йорке протяжение линий метрополитена, расположенных на эстакадах, достигало 140 км.

  Большое развитие надземные метрополитены получили в Чикаго, Бостоне. Филадельфии, Гамбурге. Впоследствии развитие городов потребовало уничтожения эстакад и перевода надземных линий под землю. В Нью-Йорке надземные линии с 1956 г. перестали существовать вообще, в Чикаго и других городах их также постепенно заменяют подземными. В некоторых случаях устройство надземных участков линий метрополиям нов оправдывается топографическими особенностями города, особенно при пересечении рек, автомобильных и железных дорог.

  Наземные линии метрополитенов, т. е. расположенные на поверхности земли, существуют во многих городах мира, и их проектируют в настоящее время для концевых участков отдельных линий метрополитенов. Как правило, наземные линии располагают в малонаселенных районах города, и на его окраинах и чаще всего в выемках, позволяющих в будущем, при развитии города, превратить эти линии в подземные. Наземные линии метрополитенов отнимаются от обычных железнодорожных линий пригородного сообщения главным образом способом питания электроэнергией.

  Подземные линии являются основным видом линий метрополитена и имеют преимущественное распространение. В большинстве городов мира сеть метрополитена состоит только из подземных линий. Подземные линии метрополитенов располагают на глубине от 5 до 60 м и более от поверхности земли. 

  В некоторых  городах мира под земле» находятся  также отдельные участии трамвайных и железнодорожных линий. Трамвайные линии, расположенные в тоннелях (скоростные трамваи), например, в Афинах, Будапеште, Осло.

  В СССР скоростные трамваи эксплуатируются в Волгограде, Кривом Роге-

    Под поверхностью  земли расположены  железнодорожные линии в Брюсселе, Копенгагене, Неаполе. Ливерпуле. Вене и других городах. Эти городские  железнодорожные линии с расположением  станций на небольшом расстоянии одна от другой (0,5— 1,0 км) используются населением для передвижения в пределах города, и поэтому их часто также называют «метрополитенами». Они отличаются от линий метрополитенов габаритами тоннелей, устройствами пути и электроснабжения.

    Во  многих городах мира пригородные  железнодорожные линии продлены от вокзалов в виде подземных участков в центр города и эксплуатируются  независимо от метрополитена. Такие  подземные участки железнодорожных  линий  принято называть глубокими  вводами и связывать с линиями метрополитена при помощи объединенных пересадочных станций или пересадочные тоннелей, расположенных между станциями глубокого ввода и метрополитена.

    Глубокие  вводы создают значительные удобства для пассажиров, улучшают связь с  пригородами и разгружают городские вокзалы, а также станции метрополитена, расположенные у вокзалов. Сооружение глубоких вводов требует больших расходов ввиду высокой стоимости тоннелей, удовлетворяющих железнодорожному габариту, поэтому применяют также другой, более экономичный способ связи пригородных железных дорог с линиями метрополитенов — так называемые вылетные линии. Их выводят за пределы города, прокладывают на поверхности земли и примыкают к платформам станций пригородных железных дорог. Сооружение вылетных линий обходится значительно дешевле, но эксплуатация таких линий, особенно при большой их протяженности и в зимнее время, затруднительна.

    В некоторых городах линии метрополитена  допускают пропуск железнодорожных  поездов, например в Лондоне, где  для движения железнодорожных поездов используют некоторые участки линий метрополитена, а в свою очередь    для    движения поездов метрополитена

    Используют  железнодорожные лини, расположенные  в пределах города.

    В большинстве городов метрополитены имеют свой собственный габарит и не могут быть использованы для пропуска железнодорожных поездов.

Ширину колеи  метрополитенов как правило, принимают  нормальной железнодорожной, т. е. 1520 мм в СССР и 1435 мм в зарубежных странах. Иногда нормальную железнодорожную  ширину колеи (1435 мм) используют на метрополитенах зарубежных стран даже в тех случаях, когда железнодорожные пути данной страны имеют широкую колею (1674 мм), как, например, в Испании и Аргентине, или узкую (1067мм) в Японии.

Тоннели как средство преодоления  препятствий при трассировании путей сообщения

      Тоннель расширяет возможности трассирования  пути сообщения в трудных условиях, так как позволяет преодолеть препятствие вместо его обхода. Препятствия  делят на высотные и контурные. К  высотным относят холмы, хребты и водоразделы. При трассировании железной или автомобильной дороги возможны три решения: обход высотного препятствия, развитие пути с подъемом на перевал и устройством глубокой выемки и, наконец, сооружение тоннеля, соединяющего склоны высотного препятствия .

 При обходе препятствия происходит значительное удлинение пути и увеличение уклонов, которое в случае железной дороги может потребовать на отдельных  участках применения кратной тяги, а также вызвать ухудшение  эксплуатационных показателей пути сообщения.

 При развитии линии с открытым пересечением перевала ее длина получается меньшей, чем при обходе препятствия, но потребность  в больших уклонах возрастает; возникает необходимость в защите высокорасположенных участков линии  от снежных заносов, лавин и обвалов путем устройства галерей и других инженерных сооружений.

 Пересечение высотного препятствие при помощи тоннеля значительно сокращает длину пути и позволяет уменьшить уклоны, вследствие чего создается возможность увеличения весовых норн поезда и скоростей движения, ликвидируются лишние подъемы и пробеги и улучшаются эксплуатационные показатели пути сообщения. Однако сооружение тоннеля, особенно расположенного в подошве высотного препятствия и имеющего в связи с этим большую длину, вызывает значительное увеличение капитальных затрат. Поэтому выбор трассы пути производят на основании технико-экономического сравнения вариантов. При этом учитывают народнохозяйственную важность увеличения пропускной и провозной способности путей сообщения.

 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 косогор ходах. При оползнях малой мощности возможно расположение пути на эстакадах, опирающихся на ненарушенные грунты, в сочетании с противооползневыми мероприятиями. Однако при мощных (более 5 м) оползнях и наличии глубоких потоков подземных вод наиболее правильным решением задачи

часто является перенос трассы в глубь горного массива — за пределы новой зоны . Это же может оказаться целесообразно при наличии в районе трассы мощных осыпей, возникающих на скальных косогорах (круче 30—35°), сложенных из трещиноватых, выветрелых грунтов. 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 .

  При преодолении водных препятствий  необходимо сделать выбор между  мостом и тоннелем, т. е. между надземным  и подземным расположением трассы . В сравнении с мостовым переходом  тоннельное пересечение имеет следующие преимущества: отсутствие помех судоходству; защищенность от ветра, льда, волн; меньшая длина пересечения при высоком габарите судов и широкой пойме; удобство подходов к пересечению в густозастроенных населенных пунктах.

  Однако тоннельное решение имеет ряд недостатков. При тоннельном пересечении необходима постоянная вентиляция. Работы по сооружению тоннеля производят узким фронтом при ограниченном числе забоев, вследствие чего срок сооружения тоннеля, как правило, больше, чем срок сооружения моста. Стоимость тоннельного пересечения может быть выше стоимости мостового перехода, так как для сооружения тоннеля необходимо выполнить больший объем земляных работ, чем при сооружении моста. Однако следует иметь в виду, что с увеличением ширины водного препятствия стоимость 1 м моста увеличивается, а стоимость 1 м тоннеля уменьшается; с увеличением высоты моста возрастают объемы земляных работ на подходах.

  В отношении безопасности производства работ мостовой переход не имеет  преимуществ по сравнению с тоннельным пересечением. Проходка подводных тоннелей специальными (герметическими) щитами обеспечивает полную безопасность работ и гарантирует их своевременное выполнение, причем может производиться в течение всего года независимо от сезона и климатических условий.

  Особенно  возрастают преимущества тоннельного  пересечения при сооружении тоннеля  из крупных секций, изготовляемых  на берегу и опускаемых в котлован, устраиваемый по оси пересечения  подводным землечерпанием.

  Выбор между мостовым переходом и тоннельным пересечением делают на основании технико-экономического сравнения с учетом всех перечисленных выше соображений.