Строительство тоннеля через Керченский пролив с использованием технологий, применяемых в тоннеле под Ла-Маншем

Ноябрь, 2015
Автор: Николай Кулагин, советник генерального директора ОАО «Ленметрогипротранс», Андрей Соловьев, заместитель генерального директора ОАО «Ленметрогипротранс»

Основные проблемы предлагаемых сегодня решений и мостового пересечения пролива и тоннельного связаны с тяжелыми геологическими условиями строительства. При рассматриваемых в настоящее время вариантах строительства неизбежно пересечение либо тоннелем, либо свайными фундаментами мостовых опор мощной толщи неустойчивых четвертичных отложений.

Для тоннельных вариантов в слабых грунтах очень сложно решить проблему сооружения эвакуационных сбоек. Предлагаемый в настоящем докладе вариант строительства и эксплуатации транспортного перехода позволяет избежать как проходки тоннелей в слабых четвертичных породах, так и строительства гигантских мостовых опор, свайные основания которых необходимо заглублять в коренные породы.

Источник: review-planet.ru

К настоящему времени в мировой практике строительства подводных тоннелей накоплен серьезный опыт, доказывающий возможность строительства и успешной эксплуатации транспортного перехода под Керченским проливом по технологии, реализованной при строительстве и эксплуатации Евротоннеля между Францией и Великобританией под проливом Ла-Манш. (Читайте больше о мировой практике подземного строительства).

Эксплуатация Евротоннеля в течение почти 20 лет доказывает возможность пропускать по тоннелям большие пассажиро- и грузопотоки с частотой движения в каждую сторону 4 поезда в час.

Преимущества предлагаемого варианта подкреплены наличием проходческих механизированных комплексов (ТПМК) различных фирм-производителей, которые обеспечивают высокие скорости строительства, отличное качество тоннельных конструкций практически при любых однородных грунтах. Отечественная практика тоннелестроения уже имеет достаточный опыт строительства тоннелей с помощью ТПМК как в Санкт-Петербурге и Москве, так и на Олимпийской трассе в Сочи.

Из нескольких рассмотренных вариантов строительство тоннелей под Керченским проливом предлагается осуществить в однородных твердых плотных сарматских глинах.


Основные решения по технологии эксплуатации транспортного перехода следующие:

Строится двухпутная электрифицированная железнодорожная ветка, обеспечивающая, как перевозку грузов железнодорожным транспортом, так и перевозку автотранспорта на железнодорожных платформах и в специализированных железнодорожных вагонах.

Для перевозки через тоннели предполагается использовать четыре типа поездов:

  •   пассажирские и грузовые поезда, эксплуатируемые на железных дорогах страны;
  •   пассажирские челночные поезда, перевозящие автобусы, легковые автомобили и фургоны. При использовании особой системы погрузки весь процесс въезда автомобиля в вагон занимает не более 8 минут, при этом пассажиры остаются внутри своих машин;
  •   грузовые поезда с открытыми вагонами, в которых перевозят грузовики, при этом водители едут в отдельном вагоне;

Предполагаемые эксплуатационные характеристики:

  • скорость в тоннеле до 160 км/час;
  • провозная способность по автотранспорту 3,5 млн. транспортных единиц в год (9,5 тысяч транспортных единиц в сутки) и от 7 до 9  млн пассажиров в год;
  • по возможному грузообороту пропускная способность тоннелей не менее 50 млн тонн в год и определяется пропускной способностью железнодорожных подходов.

В части технологии строительства рассмотрены два принципиально различных варианта:

  • проходка двух однопутных тоннелей на всем протяжении Тоннелепроходческими Механизированными Комплексами (ТПМК) в твердых устойчивых сарматских глинах;
  • строительство протяженного двухпутного тоннеля открытым способом в четвертичных отложениях, представленных аллювиальными русловыми песками, пойменными мягкотугопластичными глинами, глинами текучей-текучепластичной консистенции, текучепластичными суглинками с частыми линзами суглинистых и супесчаных илов.

В обоих вариантах рассматривается строительство протяженных тоннелей (19 - 23 км). Длинные тоннели предусматриваются в первом варианте для возможности прокладки тоннеля в прочных устойчивых грунтах во втором - для минимального воздействия на окружающую среду в процессе эксплуатации тоннеля.

Вариант строительства тоннеля открытым способом несколько дешевле, этот вариант требует меньших сроков строительства, но он не может быть рекомендован так как в процес-се строительства по технологии сооружения тоннеля открытым способом работ произойдет сильнейшее негативное воздействие на экологическую обстановку в районе строительства. В процессе строительства ожидаются серьезные осложнения для судоходства, потребуется по-этапный перенос фарватера в проливе.

То же касается варианта строительства тоннелей методом опускных секций.

Как было сказано выше, строительство тоннелей для эксплуатационной схемы, реали-зованной в тоннелях под Ла-Маншем, можно выполнить в прочных коренных грунтах, залегающих на глубинах 65 - 70 метров от уровня моря. Максимальная глубина заложения тоннелей составит около 80 метров.

При расположении тоннеля в твердых сарматских глинах длина тоннелей увеличится и составит около 22,8 км - закрытый способ работ и рамповые участки (открытый способ работ с двух порталов) - 3,1 км. Строительство тоннелей в устойчивых грунтах возможно только в Тузлинском створе.

Предлагается соорудить два параллельных однопутных железнодорожных тоннеля.

Для обеспечения безопасной эвакуации между тоннелями с шагом не более 300м выполняются эвакуационные сбойки.

С целью снижения стоимости строительства, сооружение сервисного тоннеля не предусматривается (аналогичное решение реализовано на тоннеле Гуадарамма длиной 28 км в Испании).

Отказ от тоннеля меньшего диаметра между двумя железнодорожными, компенсируется следующими мерами безопасной эксплуатации: при частоте движения по тоннелю 4-х поездов в час в каждом направлении одновременно в одном тоннеле следует один поезд, второй тоннель за время его следования до станции на другом берегу свободен.

По нему другой поезд начинает движение в обратном направлении только после выхода состава из первого тоннеля.

Это условие обеспечивает возможность вывода всех пассажиров, в случае чрезвычай-ной остановки, из первого тоннеля во второй свободный через эвакуационные сбойки между тоннелями, сооружаемые через 300 м.

В тоннелях сооружается сборная железобетонная высокоточная водонепроницаемая обделка из железобетонных блоков наружным диаметром 10,3м и внутренним диаметром 9,4 м. Обделка рассчитана нам сейсмическое воздействие 9 баллов.

Обделка кругового очертания сооружается по мере продвижения ТПМК вперед и монтируется под его защитой. Зазор между обделкой и породой заполняется специальным раствором под давлением, препятствуя разуплотнению грунта. Ожидаемое гиростатическое давление при проходке по прослоям песчаников, известняков и мергелей, содержащих воду с гидростатическим давлением до 8 - 9 атм., но это не является препятствием для ТПМК.

Внутреннее поперечное сечение каждого тоннеля обеспечивает размещение габарита приближения строений «С» по ГОСТ 9238-83, водоотводящих лотков, сантехнического и электротехнического оборудования, коммуникаций,  а также устройств сигнализации, связи и вентиляции.

Технические решения по вентиляции тоннелей предлагается выполнить на основании обобщения современного технического опыта вентиляции протяженных железнодорожных тоннелей в мире.

Основными критериями  для определения схемы вентиляции, является обеспечение нормативных значений физико-химических и термодинамических параметров воздушной среды, как в штатных условиях эксплуатации, так и при возникновении чрезвычайных ситуаций.

Для решения проблем вентиляции тоннелей предлагается использование электровозной тяги на участке расположения тоннелей с устройством необходимого внешнего электроснабжения.

В тоннелях предлагается выполнить продольную схему вентиляции.

Воздухообмен обеспечивается совместным действием поршневого эффекта и системой механической вентиляции использующих кинетическую энергию струйных вентиляторов.

Основным критерием для расчета мощности вентиляторов является обеспечение необходимой скорости и направления воздушного потока в сечении тоннеля при пожаре.

В циркуляционно-эвакуационных  сбойках между тоннелями незадымляемость путей эвакуации при переходе в неаварийный тоннель обеспечивается за счет создания тамбура и обеспечения средствами вентиляции подпора воздухе со стороны неаварийного тоннеля.

Циркуляционные сбойки (они же - пути эвакуации при аварийных ситуациях) при больших скоростях движения поездов по тоннелю позволяют снижать энергозатраты на локомотивную тягу поездов и преодоление поршневого эффекта.

Электроснабжение тоннелей выполняется  по I категории надежности электроснабжения.

Учитывая значительную протяженность тоннелей, при строительстве предполагается использование 4-х проходческих ТПМК: по 2 ТПМК с грунтопригрузом  для встречной проходки по трассе двух тоннелей.

ТПМК монтируются на рамповых участках.

Демонтаж ком-плексов производится в тоннеле в точке встречи ТПМК восточного и западного берега.

Для обеспечения строительства потребуется сооружение строительных площадок вблизи порталов ориентировочной площадью около 10 Га каждая.

Для обеспечения строительства потребуется производство и укладка около 26 тыс. куб. м железобетонной обделки в месяц.

Проблема изготовления указанного объема железобетонной обделки была успешно решена при строительстве тоннелей по Олимпийской программе на линии Адлер – Альпика Сервис.

Острой проблемой для строительства тоннельного перехода является проблема обеспечения электрических мощностей для проходи тоннелей ТПМК Необходимая потребная мощность для проходки тоннельного перехода четырьмя ТПМК ориентировочно определена в 25,0 МВт (по 12,5 МВТ с восточной и с западной стороны пролива) на срок проходки 2,5 года.

В результате консультаций со специалистами Ростовского института Энергосетьпро-ект установлено, что со стороны таманского берега в настоящее время ближайшим источни-ком электроэнергии для строительства тоннельного перехода является существующая районная подстанция 220/110/140 кВ Вышестеблевская, на которой установлены два трансформатора 220/110/10 кВ мощностью по 125 МВА.

Резерв мощности на данной подстанции в размере 12,5 МВт имеется.

От ПС Вышестеблевская в район строительства тоннельного перехода через Керченский пролив со стороны Краснодарского края необходимо будет построить две одноцепные линии 110 кВ длиной примерно по 25,0 км каждая, с сооружением в конце линии в месте строительства перехода подстанции 110/10 кВ с установкой на ней двух трансформаторов мощностью по 16 МВА.

Для обеспечения электроэнергией объектов строительства тоннельного перехода через Керченский пролив со стороны Керчи ближайшими источниками электроэнергии являются ПС 222/110/10 кВ Камыш-Бурун и ПС 110/10 кВ Керченская.

Принимая во внимание достаточно реальный рост нагрузки Керченского энергоузла в планах Минэнерго РФ, предусматривается строительство ВЛ-220 кВ от ПС500 кВ Тамань, до ПС Камыш-Бурун с устройством кабельного перехода через Керченский пролив.

Таким образом, обеспечение электроэнергией объектов транспортного перехода со стороны Керчи возможно осуществить строительством линии 110 кВ от ПС Камыш-Бурун и ПС Керченская общей длиной 35 км и строительством ПС 110/10 кВ с установкой на ней 2-х трансформаторов мощностью по 16 МВА в месте строительства перехода.

Стоимость строительства ВЛ-220 кВ на участке Тамань-Камыш-Бурун общей длиной 88 км (с учетом строительства кабельного перехода через Керченский пролив длиной 14,5 км) будет составлять около 5 млрд. руб. Срок строительства объектов внешнего электроснабжения до 1 года, то есть обеспечение электроэнергией может быть выполнено до начала щитовой проходки.

Для организации перегруза автомобильного транспорта на железнодорожные плат-формы необходимо строительство перегрузочных стаций на обоих берегах пролива. Здесь же сооружаются диспетчерские пункты организации эксплуатации тоннельного перехода.

Срок строительства 2-х однопутных тоннелей при щитовой проходке составит 4 года 2 месяца с учетом подготовительного периода.

Ориентировочная стоимость строительства 2-х однопутных тоннелей при щитовой проходке составит около 170 млрд. рублей в текущих ценах с НДС.

С учетом стоимости железнодорожных подходов их электрофикации, строительства перегрузочных станций, устройств внешнего электроснабжения общая стоимость строительства по предлагаемому варианту составит около 230 млрд. рублей в текущих ценах с НДС.

При реализации предлагаемого варианта ликвидируется основные недостатки тоннельного варианта для автодорожного тоннеля;
- большое сечение автодорожных тоннелей;
- необходимость устройства уширений (мест стоянок)  по тоннелю с выходом за кон-тур обделки сооруженной ТПМК,
- необходимость устройства мощной системы вентиляции для удаления выхлопных газов автотранспорта.

При этом сохраняются все преимущества тоннельного пересечения пролива:
- строительство не создает проблемы с судоходством;
- вариант более экологичен,
- тоннели значительно безопаснее в эксплуатации;
- тоннельный вариант менее подвержен терроризму,
- стоимость эксплуатации транспортного перехода (как показывает опыт эксплуата-ции объектов - аналогов в г. Хабаровске) по тоннельному варианты ниже.                  

Дополнительные материалы по теме:

Публикации в прессе: Надежность моста через Керченский пролив сомнительна (Читать статью)

Новости: Керченский тоннель хотят построить китайцы (Читать статью)

Публикации в прессе: История строительства моста через Керченский пролив (Читать статью)
 

Дополнительная информация

  • Категория: Проектирование, Изыскания
Отправить комментарий

Защитный код
Обновить

Подписка на новости