ТРАНСПОРТНЫЙ ПЕРЕХОД И СПОСОБ ЕГО СООРУЖЕНИЯ
TRANSPORT JUNCTION AND METHOD FOR CONSTRUCTION THEREOF

Изобретение относится к подводным сооружениям и может быть использовано при строительстве автомобильных и железнодорожных тоннелей, проходимых под водоемами.
Известен способ сооружения подводных тоннелей, включающий проходку наклонных и горизонтальных выработок, создание выработки арочной формы, крепление ее стенок и свода монолитным железобетоном, оклеечную наружную гидроизоляцию из битумной мастики, рампу и водонепроницаемый затвор, водоотведение с помощью дренажных лотков, длину тоннеля разделяют на участки с открытым и подземным способами проходки, причем на открытом участке строят наклонную въездную траншею при минимальном уровне воды в реке техникой открытых работ, в конце траншеи сооружают подковообразной формы защитный бордюр из железобетона, возводят стенки, арочный свод тоннеля с оснасткой, поверх которых укладывают гидроизоляционную рубашку из синтетического материала тайпар и засыпают вынутым грунтом, проходку подводного участка тоннеля ведут в щадящем режиме проходческими комбайнами встречными забоями до стыковки их на проектной отметке, а проскоки воды в тоннель собирают в зумпфе с последующей откачкой насосами через скважины на поверхностную нагорную канаву, соединенную с водоемом (RU 2501912, E02D 29/09, опубл. 20.12.2013 г.). Недостатком этого способа является низкая эффективность горнопроходческих работ и слабая надежность гидроизоляции тоннеля в условиях, где постоянно идут процессы фазовых колебаний температуры природной среды.
Данное решение рассматривается в качестве прототипа для заявленного изобретения в части способа.
В SU 1566033, E21D 10/00, опубл. 23.05.1990, раскрыта конструкция транспортного тоннеля, состоящего из нескольких секций, выполненного открытым способом и проложенного через реку, имеющую судоходный фарватер, при этом секции состыкованы в открытом котловане путем размещения между ними торцевых обрамлений, между которыми, перед фиксацией их на секциях, обжаты с помощью винтовых стяжек эластичные прокладки, причем в лотковой части тоннеля между торцовыми обрамлениями и секциями смонтированы распорки, винтовые стяжки демонтированы, а зазоры между секциями забетонированы.
В CN 1616768, E01D 15/14, опубл. 18.05.2005, описан плавучий транспортный переход, включающий в себя последовательно соединенные плавающие секции, подводные анкерные блоки, соединения секций и плавающий подводный тоннель. Плавающий тоннель имеет несколько проходов и состоит из центральной подводной части с двумя концами, выходящими на поверхность воды и соединенными с плавучими мостами. Поезда и автомобили могут проходить через плавучий мост и плавающий тоннель, не мешая навигации.
Данное решение рассматривается в качестве прототипа для заявленного изобретения в части устройства.
Подводный тоннель состоит из соединенных между собой секций, каждая из которых имеет основание в виде понтонного сооружения, прикрепленного тросами к заанкеренным на дне водоема блокам. Тоннель имеет участок, нисходящий в воду, участок под судовым ходом и участок, выходящий на берег. Концевые участки связаны с берегом через мостовые сооружения. При этом тоннель имеет две двухполосных автотранспортного назначения проезжих части, по бокам которого смонтированы пешеходные ветки, а между автотранспортного назначения проезжими частями размещена одноколейная железнодорожная ветка. На надводной частью секции выполнены открытыми мостового типа, а в подводной части секции выполнены в виде замоноличенной конструкции. Таким образом, в подводной части каждая транспортная линия размещена в своем отдельном тоннеле.
Недостаток данного решения заключается в сложности проведения работ по созданию транспортного перехода в части позиционирования понтонных модулей относительно поверхности дна и относительно друг друга. В данном решении позиционирование относительно дна выполнено в виде массивных блоков, к которым понтонные секции привязываются в плавучем положении на заданном уровне. Соединение понтонных секций в плавучем положении на заданном уровне от дна - сложная задача по технологии и технике исполнения. При этом следует учитывать, что такие решения подвержены воздействию перемещающихся масс воды, при этом вся нагрузка внешнего воздействия ложится на тросы и на качество исполнения межмодульных соединений.
Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в упрощении технологии возведения и конструкции перехода и повышении эксплуатационных надежности и срока службы.
Указанный технический результат для устройства достигается тем, что в транспортном переходе, содержащем размещаемый в воде под судовым ходом водоема или пролива подводный тоннель, выполненный из соединенных между собой железобетонных монолитных секций, позиционированных относительно поверхности дна водоема или пролива и выполненных с транспортной инфраструктурой, состоящей из двух автотранспортного назначения проезжих частей, между которыми размещен железнодорожный путь, отделенный арочными колоннадами от автотранспортного назначения проезжих частей, примыкающие к противоположным берегам водоема или пролива пролетные мосты из железобетонных конструкций для обеспечения водообмена непосредственно вдоль берегов, выполненные с транспортной инфраструктурой, состоящей из двух автотранспортного назначения проезжих частей, между которыми размещен железнодорожный путь, и наклонные подъезды, связывающие подводный тоннель с пролетными мостами, выполненные с транспортной инфраструктурой, состоящей из двух автотранспортного назначения проезжих частей, между которыми размещен железнодорожный путь, железобетонные монолитные секции подводного тоннеля, имеющие двухслойное перекрытие, уложены на основание в виде железобетонной плиты, служащей пригрузом для осуществления инъекционного укрепления грунта под основанием тоннеля и увеличения площади опирания тоннеля на дно водоема или пролива с удельным давлением не более давления от грунта, убранного при подготовке котлована для размещения двухслойного основания, на всю длину тоннеля по всему его периметру и между слоями днища и основания и перекрытия натянуто противофильтрационное покрытие из геомембраны, защищенное обратными наружными засыпками боковых стен тоннеля, выполненных с опорой на наклонные наружные грани стен тоннеля из тяжелого суглинка, наклонные подъезды, связывающие подводный тоннель с пролетными мостами, по крайней мере на части своей длины выполнены в насыпи с размещением остальной части длины в выемке относительно дна водоема или пролива, отгороженной от его акватории с обеих сторон земляными дамбами и подпорными стенками и укрепленной на внешних откосах горной массой, при этом над железобетонными монолитными секциями подводного тоннеля на участке судового хода размещена защитная железобетонная плита, опирающаяся на обратные наружные засыпки боковых стен тоннеля и являющаяся днищем канала судопропуска, от которого возведены вертикально ориентированные сопрягающие устои, являющиеся стенками канала судопропуска.
Указанный технический результат для способа достигается тем, что способ возведения транспортного перехода, заключающийся в том, что на осевой линии транспортного перехода в зонах, приближенных к берегам водоема или пролива, создают локальные котлованы для возведения водопропускных прибрежных сооружений и размещаемых над ними пролетных мостов из железобетонных конструкций, одновременно выполняют временные перемычки из двухрядного шпунта с засыпкой, размещаемые до зоны судового хода и в зоне судового хода, затем в направлении от прибрежно расположенных локальных котлованов для возведения водопропускных прибрежных сооружений возводят постоянные дамбы ограждения будущих транспортных коммуникаций с одновременным выполнением противофильтрационной шпунтовой диафрагмы, затем проводят подводную выемку грунта из донного участка под судовым ходом для образования котлована судопропускного сооружения и одновременно осуществляют выемку грунта для образования воронкообразных углублений перед водопропускными прибрежными сооружениями, на участке открытых наклонных подъездов осуществляют отсыпку песчаной пригрузки по оси будущих огражденных открытых подъездов и проводят методом ленточного дренирования укрепление грунтов основания этих участков, затем из ограждаемых акваторий откачивают воду, по внутреннему периметру дамб выполняют скважинное водопонижение, осуществляют инъекционное укрепление грунта в зоне котлована под судовым ходом и монтаж основания в виде железобетонной плиты, служащей пригрузом для осуществления инъекционного укрепления грунта под основанием тоннеля, монтаж секций подводного тоннеля и строительство транспортных коммуникаций.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящее изобретение поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг. 1 - план-схема подводного транспортного тоннеля;
фиг. 2 - продольный разрез тоннеля;
фиг. 3 - поперечный разрез тоннеля;
фиг. 4 - разрез по подъезду к тоннелю.
Согласно настоящего изобретения рассматривается конструкция транспортного перехода, представляющего собой сооружение с подводным (не подземным) транспортным тоннелем под судовым ходом и открытыми подходными путями в составе двухколейной железной дороги и шестиполосной (по три полосы на направление) автострады. Способ создания такого тоннеля предусматривает ведение всех работ открытым способом с обеспечением в любой период строительства беспрепятственного судоходства и водообмена между Черным и Азовским морями.
Согласно настоящего изобретения рассматривается конструкция транспортного перехода, содержащего размещаемый в воде под судовым ходом водоема или пролива подводный тоннель, примыкающие к противоположным берегам водоема или пролива пролетные мосты и наклонные подъезды, связывающие подводный тоннель с пролетными мостами.
Размещаемый в воде под судовым ходом 1 водоема или пролива подводный тоннель выполнен из соединенных между собой железобетонных монолитных секций 2, позиционированных относительно поверхности дна водоема или пролива и выполненных с транспортной инфраструктурой, состоящей из двух автотранспортного назначения проезжих частей 3, между которыми размещен железнодорожный путь 4, отделенный арочными колоннадами 5 от автотранспортного назначения проезжих частей 3. Эти железобетонные монолитные секции имеют двухслойное перекрытие, уложены на основание 6 в виде железобетонной плиты, служащей пригрузом для осуществления инъекционного укрепления 7 грунта 8 под основанием тоннеля и увеличения площади опирания тоннеля на дно водоема или пролива с удельным давлением не более давления от грунта, убранного при подготовке котлована для размещения двухслойного основания. Над железобетонными монолитными секциями подводного тоннеля на участке судового хода размещена защитная железобетонная плита 9, опирающаяся на обратные наружные засыпки 10 боковых стен тоннеля и являющаяся днищем канала судопропуска 1, от которого возведены вертикально ориентированные сопрягающие устои 11, являющиеся стенками канала судопропуска.
Примыкающие к противоположным берегам водоема или пролива пролетные мосты 12 из железобетонных конструкций для обеспечения водообмена непосредственно вдоль берегов выполнены с транспортной инфраструктурой, состоящей из двух автотранспортного назначения проезжих частей 3, между которыми размещен железнодорожный путь 4.
А наклонные подъезды 13, связывающие подводный тоннель с пролетными мостами 12, выполнены с транспортной инфраструктурой, состоящей из двух автотранспортного назначения проезжих частей 3, между которыми размещен железнодорожный путь 4. Наклонные подъезды, связывающие подводный тоннель с пролетными мостами, по крайней мере на части своей длины выполнены в насыпи 14 с размещением остальной части длины в выемке 15 относительно дна водоема или пролива, отгороженной от его акватории с обеих сторон земляными дамбами 16 и подпорными стенками 17 и укрепленной на внешних откосах горной массой 18.
На всю длину тоннеля по всему его периметру и между слоями днища и основания и перекрытия натянуто противофильтрационное покрытие 19 из геомембраны, защищенное обратными наружными засыпками 10 боковых стен тоннеля, выполненных с опорой на наклонные наружные грани стен тоннеля из тяжелого суглинка.
Ниже рассматривается пример исполнения изобретения на примере перехода между Черным и Азовским морями (Тамань-Керченский транспортный переход).
Основной и центральный по расположению в плане подводный тоннель выполнен из железобетонных монолитных секций общей длиной 1000 метров. Тоннель имеет две трехполосных автотранспортного назначения проезжих частей шириной по 14 метров, высотой 8 метров и одну, расположенную между автотранспортными, проезжую часть для двухколейного железнодорожного пути, отделенную арочными колоннадами от автотрасс шириной 10 метров и высотой также 8 метров. В наружных стенах тоннеля шириной от 4 метров (по верху) до 6 метров (понизу) имеются на всю длину тоннеля водоотводящие потерны и галереи 20 для вентиляционных, кабельных и трубопроводных систем.
2
2
Тоннель имеет двухслойное основание 6, общей толщиной 2,5 метра, и двухслойное перекрытие общей толщиной 2,0 метра. На всю длину тоннеля по всему его периметру, в том числе между слоями днища и перекрытия, натягивается противофильтрационное покрытие 19 из геомембраны. Нижний слой днища служит пригрузкой для осуществления инъекционного укрепления грунта под основанием тоннеля, а также для увеличения общей площади опирания тоннеля на грунтовое основание с удельной нагрузкой (давлением) в «сухом» положении не более давления от грунта, убранного при подготовке котлована, ориентировочно 2 кг/см. В эксплуатационный период удельное давление не превысит 0,7 кг/см.
3
Верхний слой перекрытия тоннеля служит защитой для геомембранной противофильтрационной изоляции и защиты обратных наружных засыпок боковых стен тоннеля. Обратные засыпки выполняются с опорой на наклонные наружные (расширение понизу) грани стен тоннеля из тяжелого (≈1,8 т/м) суглинка с целью пригруза и дополнительной противофильтрационной защиты. Кроме того, между секциями тоннеля, длиной каждая по 50 метров, выполняются температурно-осадочные швы.
Таким образом, предотвращение попадания в тоннель окружающей его воды обеспечивается меж шовными шпонками, сплошным наружным покрытием геомембраной и обратной засыпкой из суглинка.
Дождевая и фильтрационная вода с торцов тоннеля перехватывается специальными водоотводящими коллекторами с перепуском их в потерны и откачкой насосами из помещений откачки дренажных вод, выполняемых в центральной части тоннеля в обеих его стенах.
По бортам тоннельного участка с внешней стороны можно без особых трудностей проложить водоводы 21 для дублирования питания Северо-Крымского канала.
Водопропускные сооружения. На восточном (Таманском) и западном (Керченском) примыканиях транспортного перехода выполняются десятипролетные мосты из железобетонных конструкций (монолитная основа и сборная над пролетами) для обеспечения водообмена непосредственно вдоль берегов пролива. Глубина на пороге 5 метров, ширина пролетов 27 метров.
Подъезды к тоннелю. От водопропускных сооружений к входным порталам тоннеля выполняются наклонные с уклоном 1,2% (i=0,012) транспортные пути частично в насыпи, частично в выемке, относительно дна пролива, отгороженные от его акватории с обеих сторон земляными дамбами и подпорными стенками в непосредственном примыкании к проезжей части.
Земляные дамбы выполняются от сопрягающих устоев водопропускных сооружений со стороны пролива до сопрягающих устоев - входных порталов и «лаг» тоннеля. Внешние откосы и дно перед ними укрепляются от волнового воздействия горной массой (камень). С внутренней стороны выполняется каменная пригрузка низового откоса у его основания. Противофильтрационным элементом является шпунтовая диафрагма.
Под всеми элементами подъездов выполняется сеть дренажных скважин для рассеивания порового давления в грунтах основания.
По настоящему изобретению реализуется специально разработанный для перехода пролива между Черным и Азовским морями способ возведения транспортного перехода. Этот способ основан на определенной схеме построения насыпных конструкций и формирования выборки, дамб и котлованных сооружений.
Способ заключается в том, что на осевой линии транспортного перехода в зонах, приближенных к берегам водоема или пролива, создают локальные котлованы 22 для возведения водопропускных прибрежных сооружений и размещаемых над ними пролетных мостов из железобетонных конструкций, одновременно выполняют временные перемычки 23 из двухрядного шпунта с засыпкой, размещаемые до зоны судового хода и в зоне судового хода, затем в направлении от прибрежно расположенных локальных котлованов для возведения водопропускных прибрежных сооружений возводят постоянные дамбы ограждения будущих транспортных коммуникаций с одновременным выполнением противофильтрационной шпунтовой диафрагмы 24, затем проводят подводную выемку грунта из донного участка под судовым ходом для образования котлована судопропускного сооружения и одновременно осуществляют выемку грунта для образования воронкообразных углублений 25 перед водопропускными прибрежными сооружениями, на участке открытых наклонных подъездов осуществляют отсыпку песчаной пригрузки по оси будущих огражденных открытых подъездов и проводят методом ленточного дренирования укрепление грунтов основания этих участков, затем из ограждаемых акваторий откачивают воду, по внутреннему периметру дамб выполняют скважинное водопонижение, осуществляют инъекционное укрепление грунта в зоне котлована под судовым ходом и монтаж основания в виде железобетонной плиты, служащей пригрузом для осуществления инъекционного укрепления грунта под основанием тоннеля, монтаж секций подводного тоннеля и строительство транспортных коммуникаций.
По этому способу в первую очередь создаются локальные котлованы для возведения водопропускных прибрежных сооружений. Также независимо и одновременно со строительством водопропусков выполняются временные перемычки 26 из двухрядного шпунта с засыпкой.
После создания временных перемычек 26 водопропусков от них в сторону шпунтовой перемычки с запада и шпунтовой перемычки с востока возводятся постоянные дамбы ограждения будущих транспортных коммуникаций и перемычки котлована 1-й очереди судопропускного сооружения, что предоставляет широкий фронт работ и обеспечивает необходимый водообмен между акваториями морей.
Практически одновременно с формированием временных перемычек и постоянных дамб осуществляется подводная выемка грунтов из котлована судопропускного сооружения и воронкообразных углублений перед водопропускными сооружениями.
2
2
2
Природное «живое» сечение водообмена в створе сооружения 13000 м. В период строительства минимальное «живое» сечение на короткий период (1,5 года) составит не менее 6000 м. В эксплуатационный период «живое» сечение водообмена составит 12000 м, то есть практически равное природному.
Постоянные дамбы отсыпаются из песков местных (возможно подводных) карьеров в три этапа:
1 этап: - до отм. +1 м с каменным креплением до отм. +3 м.
Одновременно осуществляется отсыпка песчаной пригрузки по оси будущих огражденных открытых подъездов до отм. +1 шириной 60 м. С этих насыпей осуществляется методом ленточного дренирования укрепление грунтов основания (рассеивание порового давления) до отм. -41 м (оборудование фирмы Soilmec S.P.A.).
2 этап: - до отм. +3 м с частичным использованием материала песчаной пригрузки.
По оси ограждающих дамб (отм. +3 м) выполняются противофильтрационные шпунтовые диафрагмы.
3 этап: - до проектного профиля с отм. +5 м.
Из ограждаемых акваторий откачивается вода, по внутреннему периметру дамб выполняется скважинное водопонижение, осуществляется выемка котлованов и строительство транспортных коммуникаций, включая Восточный портал, примыкающие к нему секции тоннеля общей длиной 550 м, а также сооружение разделительной стенки 27 в судовом ходе.
Перед возведением конструкций водопропускных сооружений производится укрепление грунтов в их основании по технологии щебеночных свай с отм. -15 м до отм. -35 м и перед возведением судопропускного сооружения выполняется тоже крепление с отм. -23 м  до отм. -41 м.
После ввода водопропускных сооружений и перевода судоходства на I-ю очередь судопропускного сооружения выполняются северная и южная (между шпунтовыми перемычками 26) временные земляные перемычки котлована судопропускного сооружения. Затем осуществляется откачка воды из образовавшегося котлована, выполняется скважинное водопонижение вдоль земляных перемычек, разрабатывается котлован до проектных отметок и выполняется укрепление грунтов.
После окончания работ по возведению второй очереди тоннельного участка транспортного перехода, включая западный портал, завершается создание сквозного транспортного проезда по всей трассе перехода.