Байкальский тоннель - обоснование проектирования

Март, 2017

Байкало-Амурская магистраль - одна из крупнейших железнодорожных магистралей в мире (наряду с Готардским тоннелем в Швейцарии) - пролегает по территории Иркутской, Читинской, Амурской областей, Республик Бурятия и Саха (Якутия), Хабаровскому краю. Наряду с Транссибирской магистралью БАМ служит вторым сквозным выходом России к Тихому океану. 

Содержание статьи 

Байкало-амурская магистраль 
технические характеристики, история строительства
Модернизация БАМа
Зачем нужен новый Байкальский тоннель?
Инженерно-геологические изыскания
Условия строительства, выбор технологии
Основные выводы
Основные научные и практические результаты выполненных инженерно-геологических работ

Байкало-амурская магистраль

Поезд №97 Кисловодск - Тында. БАМ.
Источник: train-photo.ru

Байкало-амурская магистраль

Являясь самым коротким железнодорожным путем к портам Тихого океана, в Южную Якутию и другие регионы страны, БАМ сокращает расстояние перевозки пассажиров и грузов до Приморья, Владивостока и Находки более чем на 200 км, до Ванино - почти на 500 км, Якутии - на 600 км. А для пассажиров и грузов, которые следуют на Сахалин, Камчатку и в Магадан, - на 1000 км.

Трасса дороги пересекает полноводные реки такие, как Лена, Верхняя Ангара, Витим, Зея, Бурея, Амур, семь горных хребтов: Байкальский, Северо-Муйский, Становой, Туранский, Кодарский, Дуссе-Алиньский и Тукурингрский, более 1000 километров пути проложено в районах вечной мерзлоты, высокой сейсмичности. 

Карта БАМ

Карта БАМ
Источник: old.sakha.gov.ru

Техническая характеристика БАМа
(сданного в постоянную эксплуатацию МПС СССР) следующая:


Эксплуатационная длина - 3509 км., протяженность прямых - 1899,8 км., протяженность кривых 1617,5 км., количество ИССО - 3802 км., в т.ч. труб - 1525 шт., малых мостов - 1162 шт., средних мостов - 940 шт., больших мостов - 195 шт., в т.ч. ч\р Лена - 419 м., ч\р Верхняя Ангара - 513 м., ч\ р Витим - 556,8 м., ч\р Селемджа - 706,4 м., ч\р Бурея - 957 м. всего мостов – 2297, общая длина мостов - 96,1 км.

Тоннелей всего - 11, в т.ч. Байкальский - 6725 м. Мысовые на озере Байкал: 1 - 387 м., 2 -1832 м., 3 - 850 м., 4 - 1235 м., Северомуйский - 15 337 м., Кодарский - 2040 м., Нагорный - 1240 м., Дуссе - Алиньский - 1807 м. (восстановлен). 


На Северомуйском обходе, который был построен в качестве временного (на период строительства Северомуйского тоннеля) обходного пути через Северомуйский хребет, построено два петлевых тоннеля №1 длиной 2139 м., №2 – 752 м. Общая длина тоннелей составила 34344 м. Станций – 66, разъездов – 144, постов – 7, путепроводов – 11.
Построено четыре основных локомотивных депо в Нижнеангарске, Тынде, Зейске и Ургале, свыше 60 городов и поселков. 


Пропускная способность БАМа, строившегося с большими перерывами с 1938 года, а в активной фазе с 1974 по 1984 год, в настоящее время составляет около 16 млн. тонн. Но из-за инфраструктурных ограничений наблюдается острый дефицит провозной и пропускной мощности, и поэтому с растущими объёмами перевозок в зоне Восточного полигона, БАМ в нынешнем состоянии уже не справляется.

БАМ. Локомотив

БАМ. Локомотив
Источник: zagopod.com

Модернизация БАМа

В 2013 году ОАО «РЖД» приступило к реализации проекта модернизации железнодорожной инфраструктуры Восточного полигона с развитием пропускных и провозных способностей. В рамках программы модернизации БАМа (строительство вторых главных путей) в 2013 году «Ленметрогипротранс» приступил к проектно-изыскательским работам по новому Байкальскому тоннелю второго пути. Главное для нового тоннеля - повысить эксплуатационную надёжность и пропускную способность железнодорожного участка на перегоне Дельбичинда – Дабан Восточно-Сибирской железной дороги.

Тоннели относятся к категории уникальных сооружений. Это технически сложный и дорогостоящий элемент строительной отрасли экономики страны. В этой связи в современных условиях придается исключительно большое значение использованию в подземном строительстве наиболее совершенных, научно обоснованных и экономичных технических решений в сфере конструкций, технологий производства работ, комплексной механизации и автоматизации строительства.

Инженерно-геологические изыскания для проектирования и строительства особо опасных и технически сложных сооружений, к которым относятся тоннели, требуют, как правило,нестандартного ииндивидуального подхода, который должен учитывать, как собенности самого тоннеля,так и перечень и сложность вопросов,на которые необходимо ответить по результатам изыскательских работ.

Бурение скважин станком горизонтального бурения ДИАМЕК -262

Бурение скважин станком горизонтального бурения ДИАМЕК - 262

Инженерно-геологические изыскания

Впервые при изысканиях, Ленметрогипротрансом, совместно с ТО-12 «Бамтоннельстрой» были использованы станки горизонтального бурения ДИАМЕК - 262. Скважины бурились из разведочно-дренажной штольни в сторону проектируемого тоннеля под углом 17-200 от оси штольни (см. рис. Бурение скважин станком горизонтального бурения ДИАМЕК - 262). Общее количество скважин составило 54 шт., общим метражом 6658 метров.

Полученный материал дал возможность значительно повысить детальность изученности геологического строения и гидрогеологических условий по трассе проектируемого тоннеля. Выполненный комплекс работ позволил получить положительное заключение ФАУ «Главное управление государственной экспертизы России».

Байкальский тоннель расположен на перегоне Дельбичинда-Дабан Восточно-Сибирской железной дороги на территории Иркутской области Казачинско-Ленского района (западный портал) и Республики Бурятия Северо-Байкальского района (восточный портал) в районе перевала Даван Байкальского хребта, вытянутого с севера на юг. Максимальная отметка перевала 994 м, а гольцовых вершин севернее и южнее его до 2000 м. Абсолютные отметки по оси тоннеля изменяются от 760 до 1110 м.

Бурятие перегон Дабан

Бурятия. Перегон Гоуджекит - Дабан
Источник: trainpix.org

Максимальное превышение хребта над тоннелем до 400 м. Перевальное седло является ледниковой долиной, в центральной части довольно плоское, заболоченное, с отдельными озерами. Обрамляющие склоны довольно крутые, местами имеют ступенчатую форму, хорошо выраженную в рельефе. Хребет является главным водоразделом реки Лены и озера Байкал.

У западного склона хребта протекает река Дельбичинда с притоком Западный Даван (бассейн р. Лены), впадающая в р.Кунерму в 2,8 км от портала. У восточного – река Гоуджекит с притоком Восточный Даван. Истоки Восточного и Западного Давана расположены в центральной части перевального седла. Режим рек - горного типа, характеризуется стремительным течением, бурными перекатами и порогами, у ручьев с каскадными водопадами.

Озеро Байкал панорама

Байкал
Источник: warnet.ws

В районе развиты многочисленные геологические процессы и явления: глыбовые осыпи, горные обвалы, конусы выноса и снежные лавины. Большинство этих процессов приурочены к крутым склонам хребта перевала. Конусы выноса преимущественно стабилизированные. Климат резко континентальный, но благодаря близости озера Байкал гораздо более мягкий. Характеризуется преобладанием солнечной маловетреной погоды и низкой относительной влажностью воздуха.

Район отличается большой суммарной продолжительностью солнечного сияния, она доходит до 2524 часов, что является рекордным для России. Дней без солнца в году бывает только 37. Средняя температура зимой −20…-25°С, летом +20…+25°С. Зимой морозы редко могут опускаться до −52°С. Летом может устанавливаться жара до +32°С, но она смягчается свежим бризом с Байкала. Среднее атмосферное давление на уровне 720 мм.рт.ст.

Территория строительства нового Байкальского тоннеля, находится в неблагоприятной геоморфологической ситуации, сложных и очень сложных геологических условиях, характеризующихся высокой тектонодинамической активностью и связанными с ней сейсмичностью и экзогенными проявлениями. Рассматриваемый район относится к зоне регионального разлома или «Даванской зоне смятия», по которой сочленяется Прибайкальский краевой прогиб с Байкало-Витимским поднятием.

Gроходческий щит SELI-LOVAT RME — 394 SE/GS

Строительство нового тоннеля с помощью проходческого щита SELI-LOVAT RME — 394 SE/GS
Источник: pimpon.ru

Даванская зона смятия протягивается от мыса Мужинай на озере Байкал в северо-восточном направлении через Даванский перевал до устья р. Абчада более чем на 200 км при ширине зоны от 8-10км до 20км. Она была выделена в 1960-1961г.г. М.П. Лобановым с соавторами. Позднее Бухаров (1973) называл этот глубинный разлом зоной Главного структурного шва, который в южной части разделяет Чуйский выступ фундамента от Олокитского прогиба, а северо-западное ответвление его (Даванский-Малоакитканский разломы) является границей Северо-Байкальского вулкано-плутонического пояса (СБВПП) и Чуйского поднятия. Неоднократные движения по этим сближенным разломам привели к формированию собственно зоны смятия - мощной и протяженной толщи гранитогнейсов, гнейсогранитов и бластокатаклазитов.

В пределах Даванской зоны гнейсы и мигматиты укучиктинской серии и породы гранитоидного состава интенсивно катаклазированы, милонитизированы, местами преобразованы последующим субщелочным метасоматозом мезопротерозойского возраста. Степень мигматизации пород возрастает по мере сближения разломов.

Мыс Мужинай

Мыс Мужинай, озеро Байкал
Источник: nature.baikal.ru

Кроме того, массив горных пород, вмещающий подземное сооружение, осложнен наличием горных пород со сложными условиями залегания и обладающих различными физико-механическими свойствами, обилием разрывных нарушений, зон повышенной трещиноватости и дробления пород, мощностью от 10,0 до 250,0 м., где отмечается различная по величине перемежаемость участков дробленых и участков разной степени трещиноватости пород. Дробленность пород часто до состояния дресвы и щебня. Эти зоны имеют сложный характер по литологическому и вещественному составу, а, следовательно, и по физико-механическим свойствам, слагающих ее образований. 

В геологическом строении территории прохождения тоннеля принимают участие  милонитизированные и интенсивно катаклазированные породы многофазного Ирельского комплекса гранитоидов среднего протерозоя, слагающие Кунермский массив, в пределах которого различают пять последовательных фаз его становления.

Каждая фаза внедрения характеризуется собственным типом горных пород: первая - гранодиоритами, вторая - граносиенитами, третья - ортоклазовыми гнейсами, четвертая - диорит-сиенитами, пятая - порфировидными гнейсогранитами. (Лобанов и др., 1964; Донская и др., 2003).  Ирельский интрузивный комплекс впервые был выделен в Прибайкалье в 1956-58г.г. Л.И.Солопом.

Недостаточная изученность вследствие сложности и многообразия условий проявления магматизма в протерозойских структурах глубинных разломов вызывает необходимость углубленного геологического, петролого-геохимического и минералогического изучения данных образований. Возраст Ирельского интрузивного комплекса, как среднепротерозойский определяется взаимоотношением гранитоидов с эффузивно-терригенной толщей хибеленской свиты (Рt2) и толщей терригенных образований Байкальского комплекса (Рt3).

Как говорилось выше, территория строительства Байкальского тоннеля относится к обособленной структурно-тектонической региональной зоне глубинного разлома или «Даванской зоне смятия», мощностью около 6-7км., по которой сочленяется  Прибайкальский краевой прогиб с Байкало-Витимским поднятием. Даванской зоне присущи следующие особенности: преобладание в разрезе магматических пород, широкое проявление тектонических дислокаций и разнообразный геохимический состав.

Монтаж ТПМК для строительства тоннеля

Монтаж ТПМК для строительства нового Байкальского тоннеля
Источник: skmost.ru

Тектонические дислокации выражаются в смятии пород в наклонные складки, с падением крыльев под углом 25-35° и проявлением гнейсовидности.

Интенсивное поднятие и связанная с ним активизация глубинных разломов, окаймляющих Прибайкальский краевой прогиб, создали благоприятную обстановку для интрузивной деятельности. Произошло внедрение многофазного плутонического интрузива (Ирельский комплекс). Оно происходило в сложной тектонической обстановке, что отразилось в различной структуре этих пород, различной морфологии их тел и пространственном  распределении последних.

Внедрение и формирование массива первой фазы (гранодиориты) происходило в более или менее спокойной обстановке медленного поднятия, которая нарушилась общей активизацией тектонических движений. Последние наиболее интенсивно проявились в зонах региональных разломов, особенно в Даванской зоне. В результате этих движений возникли разломы северо-западного простирания, являющиеся оперяющими Даванской зоны смятия.

Заложение разломов сопровождалось блоковым движением по ним. Последние выразились в огнейсовании пород первой фазы вдоль разломов северо-западного простирания. Ориентировка гнейсовидности вблизи Даванской зоны полностью совпадает с ее простиранием (меридиональное). Вблизи же северо-западных разломов гнейсовидность имеет северо-западное направление. Падение гнейсовидности полностью совпадает с падением плоскостей смещения по этим нарушениям.

Строительство тоннеля

Строительство Байкальского тоннеля
Источник: pimpon.ru

Основные тектонические нарушения северо-западного простирания имеют целую гамму оперяющих трещин широтного, северо-западного и реже северо-восточного простирания.

Таким образом, после внедрения и формирования крупного массива первой фазы активизировались разломы, окаймляющие прогиб с запада и востока и заложились разломы северо-западного простирания с системой оперяющих зон. Внедрение последующих интрузивных фаз Ирельского комплекса происходило уже в жесткий, консолидированный массив первой фазы и потому строго контролировалось зонами дизъюнктивных нарушений.

Пространственная приуроченность гранитоидов второй фазы тяготеет к Даванской, в пределах которой породы второй фазы образуют пластообразные тела, вытянутые согласно простиранию зоны, т.е. субмеридионально. Это позволяет сделать вывод о том, что Даванская зона активизировалась полностью во время внедрения пород второй фазы.

Монтаж ТПМК

Монтаж тоннелепроходческого механизированного комплекса

Во время внедрения третьей фазы открылись разломы северо-западного простирания, но Даванская зона была в это время в какой-то мере залечена внедрившимися по ней гранитоидами второй фазы. Гранитоиды третьей фазы пространственно приурочены к разломам северо-западного простирания и западной зоне регионального разлома, по которой краевой прогиб сочленяется с платформенными сооружениями. Третья фаза образует небольшие по размерам, вытянутые согласно простиранию зон штокообразные тела.

После внедрения гранитов третьей фазы область тектонических подвижек сужается и их проявление фиксируется только в пределах Даванской зоны смятия. Направление тангенциальных сил приобретает широтный характер, что отчетливо подчеркивается развитием бластических структур с субмеридиальным направлением. Фиксируются проявления тектоники по интенсивной перекристаллизации и бластомилонитизации гранитоидов второй фазы Ирельского комплекса, а также по развитию в пределах зоны крупных инъекционных залежей порфировидных сиенито-диоритов четвертой фазы, явно приуроченных к ослабленной зоны.

Завершающим этапом среднепротерозойского тектоно-магматического цикла явились тектонические движения в Даванской зоне, выразившейся в изменении гранитоидов четвертой фазы в приконтактовых частях их тел. Эти изменения представлены разгнейсованием и милонитизацией сиенито-диоритов четвертой фазы. Характерно, что динамометаморфизм получил развитие только в периферической части тел, не затрагивая центральные.

Эти тектонические движения сопровождались внедрением гранитов пятой фазы Ирельского комплекса, с которыми связано широкое развитие мигматизации, а также процессов инфильтрационного и диффузионного метасоматоза. Образуя довольно крупные, вытянутые в субмеридианальном направлении тела, гранитоиды пятой фазы каймами мигматитов.

Врезка нового Байкальского тоннеля. Западный портал

Врезка нового Байкальского тоннеля. Западный портал.

Из большого количества тектонических нарушений Даванской зоны можно выделить наиболее характерные: надвиговые зоны, зоны интенсивного дробления и милонитизации пород, швы неотектонических движений. Надвиговые зоны распространены в западном предпортальном участке, где они имеют мощность 5-10 м.

Зоны интенсивного дробления и милонитизации пород связаны с Кунермским надвигом – крупнейшей дизъюктивной формой тектонической структуры района, ограничивающий с запада Даванскую зону смятия. Надвиг протягивается с юго-запада на северо-восток и проявляется в рельефе в виде уступа на западном склоне хребта. Породы в зоне надвига представлены милонитами и брекчиями. В районе тоннеля по Кунермскому надвигу проходит граница между первой и пятой фазами Ирельского комплекса.

Неотектонические движения Даванской зоны смятия проявились в блоковых смещениях и в подновлении подвижек по ранее существующим швам нарушений. Выделяются до шести неотектонических швов, хорошо выраженных в рельефе в виде уступов и фиксирующихся по керну разведочных скважин, а также геофизическими методами. Амплитуда перемещения по швам неотектонических разломов составляет первые десятки метров. Неотектонические движения имеют главенствующее значение в формировании современного рельефа, в виде поднятия хребта и опускания впадин.

В настоящее время сейсмическая активность в регионе продолжается. Возобновление подвижек в новейшее время сопровождается образованием зон брекчированных пород.

БАМ

БАМ
Источник: train-photo.ru

Основные выводы

Согласно результатам выполненного микросейсморайонирования на участке строительства следует ожидать сотрясений с преобладающими периодами от 0.1 до 0.6 с и интенсивностью до 8.5 баллов.На основании вышесказанного можно сделать следующие выводы: основные научные и практические результаты выполненных ОАО «НИПИИ «Ленметрогипротранс» инженерно-геологических работ заключаются в следующем:

  1. Изучалось геологическое строение, условия образования, петрография района, дана инженерно-геологическая оценка состава и строения гранитоидов Ирельского комплекса в Даванской зоне смятия.
  2. Изучалось состояние горного массива (в том числе и геодинамическое), то есть выявлялась тектоническая нарушенность горных пород, активность и направленность тектонических движений, дизъюнктивная нарушенность тектонических зон.
  3. Оценивались инженерно-геологические условия проходки тоннеля с выделением участков с наиболее сложными условиями  проходки. 
  4. Результатом комплексных работ явились структурно-тектонические карты, и инженерно-геологические разрезы, с выделением на них обводненных зон повышенной трещиноватости, выделены разрывные нарушения и участки возможного распространения  опасных геологических процессов.
  5. Таким образом, по результатам  научно-исследовательских и инженерно-геологических работ,и на основании  обработки всей имеющейся геологической информации,были даны инженерно-геологические условия строительства нового Байкальского тоннеля.
  6. В настоящее время, суммируя полученные результаты, можно сделать следующие выводы: разработанные методы отдельных видов работ, материалы и объемы выполненных геологосъемочных, горнопроходческих и геофизических работ, позволили принять принципиальные проектные решения, которые значительно снизили риски строительства тоннеля в сложных горно-геологических условиях.

Строительство нового Байкальского тоннеля

Строительство нового Байкальского тоннеля
Источник: pimpon.ru

В 2014 году началось строительство нового Байкальского тоннеля на перегоне Дельбичинда-Дабан Восточно-Сибирской железной дороги 1006 км - 1013 км участка Усть-Кут – Северобайкальск. 

Проходка однопутного тоннеля осуществляется параллельно существующему, тоннелепроходческим механизированным комплексом Lovat RM394DS диаметром резания 10,02 м, с монтажом сборной железобетонной обделки. Для проходки штолен, стартовой и приемной камер тоннеля используется буровзрывной способ, с применением буровых установок Sandvik DC 120, Axera Т11-215.

На конец октября 2016 года механизированным комплексом  пройдено 2907 метров тоннеля. Дренажной штольни восточного портала пройдено 480 метров, дренажной штольни западного портала – 164 метра.

Тоннель БАМ

Авторы статьи: 
А.И.Арнаутов, канд. геол.-мин. наук, доцент, начальник геологического отдела,
С.Я.Нагорный, Заслуженный геолог России, главный технолог-геолог, 
В.Г. Штыров, канд. геол.-мин. наук, главный специалист геологического отдела, 
ОАО «НИПИИ «Ленметрогипротранс»

Дополнительные материалы по теме:

Керченский тоннель - варианты и возможности читать статью 

Станция метро «Большой проспект» в Петербурге читать статью

Отправить комментарий

Защитный код
Обновить