Переправа через керченский пролив — мост или тоннель

Споры о том, какая переправа нужна Крыму – в виде моста или тоннеля, возобновились в последнее время с новой силой. Генеральный директор ООО «ПЛАТО Инжиниринг» Михаил Ефимович Рыжевский – кандидат технических наук, заслуженный изобретатель СССР, Лауреат премии Комсомола в области науки и техники, предлагает обоснованное сравнение между мостовым или тоннельным переходами в Керчи.

Предложенные схемы расположения мостового перехода через Керченский пролив

Строительство переправы через Керченский пролив — первая попытка

О необходимости транспортной переправы через Керченский пролив задумались достаточно давно. И не только задумались. Строительные работы с учетом значимости этого сооружения начались еще во время Второй мировой войны. Об этом подробно описано в статье М.С. Руденко «Мост через Керченский пролив» в журнале «Транспортное строительство» (№6, 1991 г.).

Мост (общая протяженность 4452 м) находился севернее Керчи, имел более 100 пролетов длиной 13,6 м и 27,3 м, а в русловой части — четыре горизонтально-поворотных пролета (2×55+2×27) для пропуска судов.

Строительство в основном было закончено осенью 1944 года, 3 ноября по нему от станции Крым до станции Кавказ прошел первый поезд. После Ялтинской конференции руководителей государств антигитлеровской коалиции в феврале 1945 года по мосту в том же направлении проследовал особо охраняемый поезд. Но уже через несколько дней,18-20 февраля, произошло разрушение части моста ледоходом. Ледяные поля под действием ветра и течения надвинулись на мост со стороны Азовского моря, и под их давлением были разрушены 15 промежуточных пролетов, большинство пролетных строений упали. После этой «ледовой» аварии попытки строительства моста через Керченский пролив, как в высоком уровне, так и с разводным пролетом, долгие годы не предпринимались руководством страны.

Только после распада СССР и образования отдельных государств России и Украины возобновились разговоры о необходимости этой переправы, причем как для железнодорожного, так и для автомобильного транспорта.Предлагалось много различных вариантов и мостовых, и тоннельных, но межгосударственное решение так и не было принято.

Строительство железнодорожного моста в 40-х гг.

Местоположение Керченского пролива

Керченский пролив соединяет Черное и Азовское моря и обеспечивает сообщение между ними. С востока он ограничен Таманским, а с запада — Керченским полуостровами. Протяженность пролива около 25 км, ширина от 4,5 км в северной части, в районе косы Чушка, и до 16 км к югу, в районе острова-косы Тузла. Глубина – от 5 до 8 м в северной части, и от 3 до 6 м — в южной. Движение морских судов между Черным и Азовским морями осуществляется по Керчь-Еникальскому судоходному морскому каналу (искусственному углублению в дне пролива) глубиной 8-10 м и шириной 120 м, расположенному примерно в 2,5 км от крымского берега.

По проливу проходят крупнотоннажные суда длиной 150-240 м и высотой над уровнем воды до 50 м, а также платформы для бурения скважин на нефть и газ на шельфе морей высотой до 94 м. Общее количество проходящих по проливу судов в год — свыше 21 тысячи, в том числе более 500 крупнотоннажных. Таманский полуостров представляет собой холмистую равнину, слабо наклоненную к морю, с грядами в центральной части. Береговая линия полуострова изрезана заливами и лиманами.

Керченский полуостров характеризуется холмистым рельефом, сформированным узкими холмами, грядами, разделенными пологими понижениями различной площади. Склоны холмов и гряд имеют крутизну 10-35 градусов. Берега Керченского пролива частично низменные и заболоченные с песчаными косами (Чушка, Тузла), местами обрывисты и скалисты. Водообмен через пролив обусловлен в основном ветрами и стоком вод Азовского моря. Уровень воды зависит от многих факторов, главными из которых являются колебания уровней Черного и Азовского морей, в основном вследствие ветрового нагона и сгона. Годовая амплитуда колебаний уровней воды — от 35 до 97 см. Максимальная скорость течения воды составляет 0,98 м/с. Лед в проливе появляется ежегодно. В основном его приносят из Азовского моря северо-восточные ветра.

Керченский полуостров

Штормы в Керченском проливе<

В проливе периодически  наблюдаются штормы большой силы, особенно зимой. Последний шторм 11 октября 2007 года послужил причиной затопления нескольких судов с попаданием в воду нефти и серы, что привело к серьезным экологическим загрязнением побережья Крымского полуострова.

Среднегодовая скорость ветра над Керченским проливом, по наблюдениям метеостанции, колеблется в пределах 4-8 м/с. Наибольшей скоростью в течение года обладают северо-восточные и восточные ветры. Максимальная скорость (свыше 40 м/с) была зафиксирована в сентябре 1956 года при северном ветре. Нередко она достигает 28 м/с при ветрах восточного и северо-восточного направлений.

Геологические особенности

По имеющимся данным, Керченский пролив расположен в районе высокой сейсмической активности. Интенсивность сейсмического воздействия в районе пересечения пролива достигает 9 баллов при 1% вероятности превышения. Характерной особенностью геологического строения участка в районе перехода является сравнительно высокое залегание кровли коренных глинистых пород вблизи Крымского берега пролива и их резкое понижение до глубины 50 м в восточной части пролива. Выше коренных пород лежат очень слабые илистые грунты.

Предлагаемые схемы расположения тоннельного перехода через Керченский пролив

Строительство моста — варианты

С момента возвращения Крыма в состав Российской Федерации вопрос строительства переправы наполнился новым актуальным смыслом. На обсуждение были выдвинуты ранее сформулированные варианты мостового перехода, в которых, однако, не учтены новые реалии в части ухудшения международных отношений и увеличения потенциальных террористических угроз.

В последние годы было рассмотрено достаточно большое количество схем расположения мостового перехода. Основными и наиболее проработанными среди них являются следующие:

1. Северный (в районе мыса Фонарь на выходе пролива в Азовское море).
2. Жуковский (в районе существующей паромной переправы).
3. Еникальский (южнее паромной переправы, между мысом Ени-Кале и южной оконечностью косы Чушка).
4. Тузлинский (в районе старой крепости, южнее мыса Ак-Бурун Белый на косу Тузла).

Технико-экономические показатели предложенных вариантов мостового перехода (по данным института «Гипростроймост») приведены в Табл. 1. Ориентировочные технико-экономические показатели мостового перехода:

Табл. 1. Ориентировочные технико-экономические показатели мостового перехода

По мнению мостовиков, основанном на технико-экономическом сравнении схем расположения мостового перехода, для всех из них величина судоходного пролета моста должна составлять не менее 320 м (до 500 м на Керчь-Еникальском морском судоходном канале). При этом серьезным недостатком Северного варианта является возможность навала на мост крупногабаритных ледовых полей из Азовского моря, вероятность закупорки пролива льдом.

Эта же проблема, хотя и в меньшей степени, характерна и для Жуковского и Еникальского вариантов, кроме того, первый из них проходит через резкий перелом Керчь-Еникальского морского канала, что неприемлемо по условиям судоходства. Низкие берега и расположенные на крымском берегу населенные пункты Жуковка, Опасное и Синягино затрудняют подход к мосту с габаритом под ним более 50 м, что также следует отнести к минусам Жуковского и Еникальского вариантов. Недостатком последнего также является выход на южную оконечность косы Чушка, за которой находится большая акватория Таманского залива.

Для Тузлинского варианта характерно прохождение над точкой перелома Керчь-Еникальского морского канала, рядом с перегрузочным рейдом порта Керчь. В свою очередь, его преимущество — высокий крымский берег (почти вровень с мостом, нет необходимости в подъеме на него). Это позволит уменьшить длину переправы, хотя здесь возможно потребуется увеличение величины судоходного пролета.

Предварительное сравнение вариантов расположения моста через Керченский пролив по ситуационным условиям и условиям судоходства показывает преимущество Тузлинской схемы, расположенной в наиболее узком месте пролива, где судоходство с крымской стороны ограничено высоким крутым берегом, а с кавказской стороны — мелководьем и островом-косой Тузла. К дальнейшей проработке, в первую очередь, рекомендуется принять именно этот вариант.

Табл. 2. Основные критерии сравнения мостового и тоннельного вариантов

Схемы расположения тоннеля через Керченский пролив

Предлагаемые схемы расположения тоннельного перехода близки к мостовым. Первый вариант (Северный) предполагает наличие створа от мыса Фонарь в сторону поселка Ильич. Протяженность трассы по прямой — около 10 км. С учетом глубины заложения тоннеля и допустимых уклонов для железнодорожного и автомобильного транспортов длина перехода может составить около 12 км.

Второй вариант – Жуковский — по аналогии с мостовым — находится в створе существующей паромной переправы от поселка Жуковка на крымском берегу в направлении косы Чушка на Таманском полуострове. Длина трассы по прямой – 5 км, с учетом заглубления тоннеля протяженность трассы составит около 7 км.

Третий вариант (Жуковский II) предполагает строительство тоннеля от мыса Фонарь в сторону поселка Гаркуша. Длина трассы по прямой 12,7 км, а с учетом тоннельных уклонов — около 15 км. Все предложенные тоннельные варианты конкурентоспособны (по сравнению с мостовыми) как по стоимости, так и по срокам строительства.

Мыс Фонарь, Крым

Преимущества строительства тоннеля

Построенный 70 лет назад мост, не просуществовав и года, был разрушен природным катаклизмом,доказав тем самым свою уязвимость. Есть и другие существенные доводы в пользу тоннельного варианта (см. табл. 2), наиболее важными среди которых являются стоимость и сроки строительства, безопасность судоходства, природные условия, экологичность, технологичность и долговечность. Сомнения возникают лишь в отношении стоимости — обычно мост дешевле тоннеля.

Но в конкретном случае с совмещенным (железнодорожным и автодорожным) мостом высотой пролетного строения  более 60 м и глубиной свай для опор более 55 м, стоимость тоннеля может оказаться если не меньше, то и не значительно больше — на сопоставимом уровне. Впрочем, расчеты покажут. Однако, в случае сравнения типа транспортного перехода через Керченский пролив, главным критерием должна служить безопасность объекта — как основа стратегической безопасности Крыма.

Стоимость строительства тоннеля

Ориентировочная предполагаемая стоимость сооружения двухуровневого тоннеля для железнодорожного и автодорожного транспорта от портала до портала может составить от 1,8 млрд (для тоннеля длиной 7 км) до 2,9 млрд евро (12 км). Это сопоставимо со стоимостью строительства моста аналогичной протяженности. Например, стоимость строительства моста на о. Русский через пролив Босфор Восточный общей длиной 1885 м составила около 1 млрд евро, при этом мост был построен за 4 года (2008-2012 гг.).

При сравнении стоимости следует учитывать то обстоятельство, что дальневосточный мост является сугубо автодорожным. Другими словами, совмещенный мостовой переход теоретически может оказаться даже дороже тоннеля. Однако это утверждение требует более детальной проработки.

Другой пример: проектируемый в настоящее время автодорожный мост длиной около 3,2 км через р. Лена в районе Якутска будет стоить, согласно концессионного соглашения, 40,25 млрд рублей в ценах первого квартала 2013 года.

Для сравнения: стоимость Орловского двухуровневого тоннеля в Санкт-Петербурге с тремя полосами движения в каждом направлении и общей длиной (включая съезды) около 4 км после заключения государственной экспертизы на проект составила 68,8 млрд рублей (в ценах второго квартала 2010 года). При этом подрусловая часть тоннеля длиной 1 км, которую предполагалось построить с помощью уникального тоннелепроходческого механизированного комплекса, оценивалась всего лишь в 12 млрд рублей, включая стартовый и приемный котлованы.

Стоимость планируемого двухуровневого тоннеля в Турции через пролив Босфор длиной 5,4 км с двумя полосами движения транспорта в каждом направлении составляет 1,4 млрд долларов США (или порядка 56 млрд рублей) в ценах четвертого квартала 2013 г. Исходя из этого, надеюсь, можно предположить, что стоимость тоннеля через Керченский пролив будет сопоставима со стоимостью аналогичного мостового перехода.

Один двухъярусный тоннель внешним диаметром 18,65 м

Сроки строительства и технологичность

При прочих равных условиях срок строительства тоннеля может оказаться меньшим, чем у моста. Так, тоннель диаметром 19,3 м и длиной 7 км щитовым способом (подобный щит уже разработан и его применение намечалось для строительства Орловского тоннеля) может быть сооружен за 4,5-5 лет (при скорости проходки одним щитовым комплексом 4,4 м/сут, или 2 кольца). Для сооружения аналогичного моста, при прочих равных условиях, понадобится около 6-7 лет.

Учитывая сложность геологических условий, особенно в зоне фарватера, при мостовом варианте возникнет необходимость сооружения свай глубиной не менее 50 м для пилонов высотой более 80 м, что не позволит никоим образом сократить сроки. Так, предполагаемый срок строительства вышеупомянутого моста через р. Лена, по имеющимся данным, составит не менее 5 лет.

Тоннельный вариант, безусловно, является более технологичным. Единожды определив диаметр тоннеля, толщину и другие параметры обделки, весь проект реализуется из стандартизированных элементов ограниченной номенклатуры. В случае мостового перехода номенклатура изделий может оказаться значительно шире, а методы строительства разнообразнее, что, несомненно, скажется на темпах и надежности работ.

Один двухъярусный тоннель внешним диаметром 16 м

Безопасность судоходства и погода

Безопасность судоходства (мореплавания) в принципе не обсуждается, так как при тоннельном варианте оно не затрагивается вообще. В процессе эксплуатации мостового перехода это может стать чувствительной проблемой.

Погодные условия практически не будут сказываться на сроках и стоимости сооружения тоннеля, тогда как при принятии решения о строительстве любого мостового варианта климатические условия в виде ветров, штормов, ледоходов, оползней и т. п. могут значительно повлиять на сроки и, соответственно, стоимость работ, особенно в подрусловой части.

Среди всех инженерных сооружений тоннели являются наиболее безопасными с точки зрения возникновения различных угроз,включая природные катаклизмы и возможные террористические атаки. Тоннель, кроме порталов, не имеет никаких других подходов, не виден на расстоянии, защищен сверху толщей воды и породы. Как любое подземное сооружение, он имеет большую надежность при любых сейсмических воздействиях благодаря взаимодействию с окружающей породой. Изнутри тоннель защищен от пожара и взрыва своими собственными конструкциями.

Экологичность и надежность тоннеля

В отличие от моста, тоннель практически не оказывает никакого вредного воздействия на окружающую среду. Выемка породы производится в замкнутом пространстве. Извлеченный грунт практически в полном объеме транспортируется на заранее определенный полигон, где он и складируется. Сооружение тоннеля не предполагает проведения каких-либо работ в воде, следовательно, отсутствует негативное влияние на водную среду и рыбное хозяйство. При любом мостовом варианте будет наблюдаться значительное воздействие на воздушную (пыль, разносимая ветром) и водную среды.

Одним из основных параметров надежности является долговечность объекта/конструкции. В соответствии с существующими отечественными и зарубежными стандартами, долговечность таких инженерных сооружений, как мост или тоннель, должна составлять не менее 100 лет (по европейским нормам — не менее 120 лет).

Долговечность любых сооружений обеспечивается правильным выбором конструктивных материалов с длительным сроком службы, обеспечением гарантированных условий их работы и регламентом профилактического обслуживания и ремонта узлов и конструктивных элементов. В этой связи совершенно очевидным фактом является пониженная надежность мостов по сравнению с тоннелями. Многие мостовые элементы выполняются из металла и требуют надежной гидроизоляции, защищающей эти элементы от агрессивного воздействия среды, главным образом, от коррозии.

Все известные антикоррозионные методы не являются достаточно долговечными, защитное покрытие конструкций зачастую разрушается уже при транспортировке, хранении или монтаже. Именно поэтому затраты на содержание любого моста всегда остаются высокими. У тоннелей – обратная картина. Стоимость их строительства может быть и выше, но эксплуатация практически всегда обходится дешевле. Тому пример практически все тоннели метро в мире. Современные тоннели строятся из высокопрочного непроницаемого бетона и практически не имеют металлических элементов.

Таким образом, после сравнения мостового и тоннельного вариантов перехода через Керченский пролив можно сделать однозначный вывод в пользу тоннеля.

Два двухъярусных тоннеля внешним диаметром 15,2 м

Варианты конструктивных решений тоннеля

Нашим коллективом разработаны три нижеследующих конструктивных решения тоннеля через Керченский пролив:

1. Один двухъярусный тоннель внешним диаметром 18,65 м с размещением трех полос шириной по 3,65 м для автомобильного транспорта на верхнем уровне и двух путей железнодорожного транспорта на нижнем уровне. Вариант проработан с соблюдением всех необходимых габаритов для обоих видов транспорта и предусматривает возможность перехода пассажиров с одного уровня на другой для их эвакуации при любых чрезвычайных ситуациях.
2. Один двухъярусный тоннель внешним диаметром 16 м с размещением двух полос шириной по 3,65 м и разделительного барьера между ними для автомобильного транспорта и одного пути для железнодорожного транспорта в нижнем уровне. Вариант также предусматривает возможную эвакуацию пассажиров путем их перехода с одного на другой уровень.

Два двухъярусных тоннеля внешним диаметром 15,2 м каждый с размещением на верхнем уровне в каждом тоннеле двух полос шириной 3,65 м для автомобильного транспорта и одного пути железнодорожного транспорта на нижнем уровне. В этом варианте для эвакуации пассажиров через каждые 150 м между тоннелями предусмотрены штольни-сбойки. Аналогичный вариант успешно применен в Шанхае (Китай), в известном тоннельном переходе через р. Янцзы (TheShanghaiYangtzerivertunnel).

Тоннели-аналоги

В качестве примеров аналогичных тоннельных решений можно привести следующие построенные либо находящиеся на разных стадиях проектирования тоннели:

• Подводный тоннель Сейкан (Seikan) в Японии протяженностью 53,85 км, построенный в 1988 году на глубине около 240 м от поверхности воды.
• Подводный Евротоннель под проливом Ла-Манш (Channeltunnel). Протяженность — 50,5 км, введен в эксплуатацию в 1994 году.
• Афро-европейский тоннель под проливом Гибралтар (предполагаемая длина  38,7 км, находится в стадии проектирования).
• Азиатско-европейский двухъярусный автомобильный тоннель длиной 5,4 км под проливом Босфор, находящийся в стадии финансового закрытия.
• Орловский двухъярусный автодорожный городской тоннель общей протяженностью около 6 км под р. Нева в Санкт-Петербурге. В 2010 году одобрен  Государственной экспертизой для строительства (финансовое закрытие не состоялось).
• Подводные тоннели в Великобритании, находящиеся на различных стадиях проектирования.
  

  ---

Вывод

1. Практически все западные страны при пересечении крупных водных преград при сравнении мостовых и тоннельных вариантов отдают предпочтение различным видам тоннельных переходов. Во многих случаях мостовые варианты даже не рассматриваются.
2. В настоящее время накоплен значительный успешный опыт проектирования и строительства подводных тоннелей (как автомобильных, так и железнодорожных) в различных инженерно-геологических условиях, создано уникальное тоннелепроходческое оборудование, имеются хорошо обученные инженерно-технические и рабочие кадры для проведения подобных работ.

Вышеизложенное позволяет сделать вывод о неоспоримых преимуществах тоннельного варианта, но при этом, безусловно, необходимо признать, что сооружение транспортного переходачерез Керченский пролив по ситуационным, климатическим, инженерно-геологическим, сейсмическим и прочим условиям является сложной технической проблемой.

тоннели, транспортная инфраструктура