СПОСОБ ТРАНСПОРТНОГО ПРЕОДОЛЕНИЯ ВОДНОГО ПРЕПЯТСТВИЯ В РАЙОНАХ ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЫ
METHOD OF TRANSPORT OVERCOMING OF WATER OBSTACLE IN AREAS OF ETERNAL CONGELATION

Техническое решение относится к способам железнодорожно-автомобильного транспортного преодоления водных препятствий (реки, озера или летнего затопления больших участков тундры) в районах вечной мерзлоты. Автотранспорт преодолевает эти препятствия на железнодорожных контейнерных платформах.
Уровень техники.
Известны технические решения для транспортного преодоления водных препятствий:
- паромные переправы (в теплое время года);
- мосты;
- эстакады;
- туннели с подземной проходкой штольни круглого сечения;
- по российскому патенту на изобретение №2503560 «Способ антитеррористической сверхскоростной межмегаполисной перевозки пассажиров и грузов» от 10.01.2014;
- по российскому изобретению «Способ транспортного преодоления водного препятствия» по заявке №2014140590 от 07.10.2014 с решением ФИПС от 03.02.2016 о выдаче патента.
Аналогами, близкими к предлагаемому техническому решению (по совокупности существенных признаков), являются:
1. Железнодорожные туннели с подземной проходкой штолен круглого сечения в коренных породах под дном водного препятствия;
2. Технические решения по российскому патенту на изобретение №2503560 от 10.01.2014 с выполнением монолитного железобетонного прямоугольного подземного туннеля во временной траншее (без выполнения подземной проходки штольни);
3. Проектируемый стальной двухэтажный мост над Керченским проливом на высоких опорах для сохранения существующих путей судоходства по Керченскому проливу;
4. Аналог-прототип, наиболее близкий по назначению функционального использования: Технические решения на основании патента на российское изобретение «Способ транспортного преодоления водного препятствия» по заявке №2014140590 от 07.10.2014 с решением ФИПС от 03.02.2016 о выдаче патента, с сборным железобетонным прямоугольным туннелем по дну водного препятствия.
Описание аналога №1 – например, широко известный в мире транспортный туннель под проливом Ла-Манш (Евротуннель) с информацией о нем в Википедии mail.ru по адресу: https://ru.wikipedia.org/wiki/ с технико-экономическим показателями: длина туннеля 49 км (в том числе подводный участок 38 км) с вагонами поезда фирмы «Евростар». При строительстве извлекли 7 млн. тонн грунта, работало 15000 строителей, строительство продолжалось 7 лет. Туннель состоит из трех круглых объемов с внутренней железобетонной облицовкой - два крайних туннеля диаметром по 8 метров каждый для прокладки одной колеи железнодорожного сообщения (автомобили перевозятся в специальных двух ярусных вагонах) и средний туннель меньшего диаметра служит для технического обслуживания туннеля и прокладки коммуникаций. Штольни для туннелей выполнены методом подземной проходки на глубине 114 метров от уровня пролива. Скорость движения железнодорожных составов 300 км/час. В пассажирском поезде из 11 вагонов размещается 800 пассажиров в креслах. В день по каждому туннелю проходит 200 поездов, т.е. в среднем поезда отправляются через каждые 7,2 минуты. Затраты на строительство не оправдались, и Евротуннель считается самой нерациональной дорогой Европы.
Основные признаки аналога №1, совпадающие с существенными признаками заявляемого способа технического решения: подземные туннели используются для преодоления водного препятствия пассажирским и грузовым железнодорожным транспортом со скоростью 300 км/час, а личный автотранспорт пассажиров перемещается в этом же составе поезда в специальных вагонах. Есть канал для пропуска коммуникаций.
Описание аналога №2. Способ предусматривает безостановочное и вне конкурентное сверхскоростное железнодорожное сообщение и только между мегаполисами с помощью герметичных вагонов в поезде-челноке с электроприводом в герметичных железобетонных прямоугольных практически прямолинейных монолитных железобетонных туннелях, выполняемых во временно открытой траншее (без проходки штольни под землей) со скоростью до 1000 км/час и расходом электроэнергии в 4 раза меньше чем все известные высокоскоростные железнодорожные поезда, передвигающиеся по поверхности земли и имеющие скорость не более чем 500 км./час. С разработкой технических решений проектного предложения на основании российского патента на изобретение №2503560 «Способ антитеррористической сверхскоростной межмегаполисной перевозки пассажиров и грузов» от 10.01.2014 и искусственного создания пониженного давления в герметичном туннеле со шлюзовыми камерами (для резкого сокращения сопротивления воздуха передвижению в герметичном туннеле сверхскоростных поездов) на основании материалов заявки на изобретение «Способ уменьшения сопротивления воздушной среды передвижению поездов в туннеле», поданной в ФИПС и зарегистрированной за №2013106219 от 29.01.2013. Для повышения безопасности и остойчивости поездов при сверхскоростном движении до 1000 км./час, колея рельсового пути увеличивается до 2600 мм. и колеса имеют двойные увеличенные реборды. Между остановками трасса туннеля практически прямолинейная. Поскольку обычные рельсы опираются на шпалы, то рельсы в этом случае рассчитываются как многопролетная балка, работающая на изгибы в пролетах и на опорах, и наиболее оптимальное их сечение было обоснованно приближено к двутавровому. В туннеле шпал нет, и рельсы опираются непосредственно на мощную сплошную железобетонную плиту. При этом при тех же колесных нагрузках на рельс, рельсы не испытывают не приятных изгибающих усилий и их рациональное сечение в виде прямоугольника. При этом расход металла на изготовление прямоугольных рельс вдвое меньше, чем традиционных рельсов. Рельсы становятся меньшей высоты, настолько же уменьшается внутренняя высота туннеля на всей его длине и ширине с соответствующими экономическими выгодами.
- Пассажирские вагоны с повышенным уровнем безопасности, сервиса и комфорта.
- Максимальная годовая производительность туннеля может составить (как один из вариантов) около 200 млн. пассажиров в светлое время суток и 50 млн. тонн грузов в ночное время.
- Верх туннеля аналога заглублен ниже планировки земли минимум на 2 м.
- Между соседними путями (для противоположного движения поездов), может не использоваться вариант сплошной разделительной стенки (в зависимости от результатов аэродинамических расчетов) а выполняется ряд круглых (аэрообтекаемых) колонн, что позволит в два раза увеличить воздушный объем свободного перетекания воздуха между путями противоположного движения, что будет эффективно гасить образование воздушных подушек.
- Для сокращения сопротивления воздуха передвижению поездов-челноков, в виде воздушных подушек перед каждым поездом и отрицательных подушек за последними вагонами, поезд имеет обтекаемые формы что бы легко преодолевать соударение предносовых воздушных подушек при встречном движении поездов в туннеле и уменьшить тормозящий эффект подушки пониженного давления в области хвоста поезда. Для повышения эффективности предносовых обтекателей их форма не симметрична и определяется аэродинамическим расчетом, также аэродинамическим расчетом определяются оптимальные внутренние размеры прямоугольного туннеля.
- Для повышения комфорта в вагонах устанавливаются парные авиационные кресла экстра-класса с обязательным одновременным разворотом их на 180 градусов (для обеспечения пассажирам наиболее комфортного положения относительно направления движения поезда-челнока),
- Обязательное использование ремней безопасности на все время движения поезда-челнока, наличие аварийных остекленных дверей и усиленная конструкция каркаса вагона. Каждый поезд-челнок находится под постоянным контролем диспетчера и автоматики, предусматривается негорючесть материалов, из которых изготовлены вагоны, полное исключение возможности столкновения с каким либо предметом в туннеле и прозрачная двухметровая перегородка, отделяющая посадочный перрон от железнодорожного полотна и вагонов - все это в комплексе повышает уровень безопасности для пассажиров.
- Используется опыт Китая по высокоэффективной эксплуатации железнодорожного полотна (на пример на линии Пекин – Шанхай, где скоростные поезда отправляются через каждые 3 минуты в двух направлениях).
В связи с достижением железнодорожным транспортом скоростных показателей авиалайнеров и с более высокой степенью безопасности в поездах, т.к. стали частыми сообщения о сотнях погибших авиапассажиров (чего нет при движении поездов) от пилотирования в сложных метеоусловиях, при террористических атаках, от ошибок авиадиспетчеров в перегруженных воздушных бассейнах, дисбалансов в размещении пассажиров, исчерпания запасов топлива, снижения уровня охраны окружающей среды за счет выбросов в атмосферу сотен миллионов тонн отходов от сжигания авиационного керосина - становится целесообразно отказаться от использования авиалайнеров на авиатрассах с огромными авиапассажирскими потоками, которые не пролегают над океанами, морями или сплошными нагромождениями горных массивов.
Одним из преимуществ поездов от авиалайнеров является следующее: если произошла разгерметизация авиалайнера из-за маленькой неплотности в одном из тысяч возможных мест на авиалайнере - это означает смерть для всех авиапассажиров. Если такая же разгерметизация произошла в одном из сотен вагонов, едущих в туннеле с пониженным атмосферным давлением (на одном из участков между остановочными шлюзами, расположенными на расстоянии 200-500 километров), то моментально сработает автоматика разгерметизации этого участка туннеля, и в туннеле моментально восстановится нормальное атмосферное давление. В результате все движущиеся поезда на этом участке плавно сбавят скорость до 300-350 км/час и будут продолжать свое движение до времени восстановления нормального пониженного давления в туннеле и скорости до 1000 км/час. Пассажиры всех вагонов даже не заметят этой «аварии».
Основные признаки аналога, совпадающие с существенными признаками заявляемого способа технического решения: оба монолитных железобетонных туннеля используются для скоростного железнодорожного сообщения с возможным отправлением составов минимум через 3 минуты (в зависимости от наличия клиентов), также не требуется подземная проходка штольни.
Так же герметичны пассажирские вагоны, и такие же в туннеле две колеи железной дороги и одинаковая техническая начинка внутри туннелей. Есть карман для пропуска коммуникаций.
Описание аналога №3. Проектируемый «Транспортный переход через Керченский пролив» выполняется проектным институтом «ОАО Гипротрансмост» г. Москва, ул. Павла Корчагина ул. 2, gtmost.ru info@gtmost.ru тел. (495) 686 70 77 и дополнительная информация в Интернете по адресу go.mail.ru/search?g=Википедия. Двухэтажный металлический мост длиной 19 километров над Керченским проливом с использованием первого этажа для двухколейного железнодорожного сообщения, а второго этажа моста для 4 полосного автотранспорта передвигающегося своим ходом. Из-за непрямолинейности трассы моста, транспорт вынужден идти с невысокой скоростью и тем снижается пропускная способность и скоростные показатели движения по мосту. Плюс две многокилометровые пологие эстакады, чтобы железнодорожные составы могли подняться на уровень моста и опуститься на другой стороне моста и еще 2 большие развязочные железобетонные эстакады для обеспечения заезда и спуска автотранспорта на второй этаж моста на высоте более 55 метров над уровнем поверхности пролива. Пропускная способность моста по проекту 100 млн. пассажиров в год. Мост на высоте 50 метров над уровнем воды по высоким опорам с их подводным 70 метровым продолжением. Полная высота опор от 80 до 140 метров. Скорость автомобильного транспорта около 100 км/час. Двухэтажный мост-монстр (по габаритам и объемам строительно-монтажных работ), находиться на 50 метровой высоте над проливом и что бы обеспечить такое положение моста в пространстве необходимо выполнить сотни высоких мостовых опор. Мостовые опоры из наклонных свай будут опираться на коренные породы дна Керченского пролива, запроектированные на восприятие всех обычных нормативных нагрузок и сейсмостойкостью 8 баллов, с учетом возможных аварийных таранов морскими плавсредствами, рыболовными сетями, якорями, морской стихией и жестких требований по не допущению неравномерных осадок фундаментов, перекосов или отклонений мостовых опор, нагонными напорами льдов, и главное - не допустимое размещение трассы моста в зоне возможных 10 бальных сейсмических толчков и над функционирующими грязевыми вулканами тектонического разлома. При этом необходимо гарантирование эксплуатации моста в течение как минимум 100 лет. Объемы работ колоссальные.
Любое использование тормозов не производительно уничтожает созданную двигателем локомотива кинетическую и потенциальную энергию поезда и приводит к ускоренному износу конструкций системы торможения. По этому экономически целесообразно уменьшить эти эксплуатационные затраты до разумного минимума т.к. торможение часто связано с обеспечением безопасности движения. Процессы создания и использования кинетической и потенциальной энергии поезда зависят от его высотной траектории движения в пространстве.
Сопоставительный анализ расходов энергии при движении поезда:
а. По мосту. Траектория движения поезда в целом выглядит как выпуклая вверх кривая линия, начинающаяся с уровня земли и очень плавно повышающаяся до уровня движения поезда по мосту над поверхностью воды. При этом на подъеме локомотив прилагает всю свою мощь, создавая кинетическую и потенциальную энергию поезда. После выхода поезда на горизонтальный участок траектории (проезд по мосту), условия передвижения поезда облегчаются т.к. прекращается создание потенциальной энергии поезда. Поезд задолго до конца моста начинает на всю мощь тормозить, заранее уничтожая кинетическую энергию поезда т.к. его скорость на спуске не должна превышать установленного безопасного максимума. Выехав на траекторию спуска, поезд продолжает тормозить на полную мощь, уничтожая полностью кинетическую и потенциальную энергию поезда, чтобы вообще остановиться на конечной станции переправы через водное препятствие.
б. По поверхности воды. Траектория передвижения поезда на тихоходном пароме - прямая горизонтальная линия. Потенциальная энергия поезда не создается и не расходуется. Много времени расходуется на загрузку и разгрузку парома. Кинетическая энергия поезда создается двигателем парома и расходуется полностью на преодоление паромом сопротивления водной среды.
в. По туннелю. Траектория движения поезда выглядит как вогнутая вниз кривая линия (начинающаяся с уровня земли на одном берегу и очень плавно понижается до уровня дна водного препятствия) максимально приближенная к поверхности профиля дна водного препятствия в прямолинейном створе переправы. При этом в начале переправы движение поезда в основном обеспечивается расходом потенциальной энергии поезда, а двигатель локомотива работает в облегченных условиях только для поддержания необходимой скорости. С выездом поезда на уровень дна водного препятствия двигатель локомотива работает в нормальном режиме, создавая только кинетическую энергию поезда и только для передвижения поезда с необходимой скоростью. В конце донного участка траектории поезда можно не тормозить за счет очень плавного подъема поезда и при этом активно расходующего кинетическую энергию поезда с бездействующей тормозной системой. На подъеме поезда в конце переправы до уровня земли на другом берегу, двигатель локомотива работает на полную мощность, создавая кинетическую и потенциальную энергию поезда, и машинист плавно понижает мощь работы двигателя (чтобы излишне не пользоваться тормозной системой) т.к. на выезде из туннеля поезду необходимо остановиться на конечной станции переправы через водное препятствие. Таким образом, при передвижении поезда в туннеле ему практически не требуется использование тормозной системы и тем не уничтожается кинетическая и потенциальная энергия, а почти полностью используется для передвижения поезда. Поэтому эта траектория является наиболее выгодной с экономической точки зрения т.к. используется существующая закономерность естественного сбережения энергий.
При выборе способа преодоления водной преграды, наиболее выгодным по расходу энергии является вогнутая вниз траектория туннеля с возможно большим приближением его высотной траектории движения к естественному уровню дна водной преграды.
Вывод: используется вогнутая вниз траектория движения поезда в пространстве (по придонному туннелю), обеспечивающая в соответствии с существующей закономерностью наибольшее сохранение кинетической и потенциальной энергий за счет минимального уничтожения энергий при выполнении торможения;
Например, голуби не знают этого закона, но постоянно его используют по наитию Природы. Если голубь взлетает с уровня земли (когда у него нет потенциальной энергии), он с самого начала активно машет крыльями для взлета. Если же голубь сидит на ветке на какой-то высоте над уровнем земли (т.е. обладает потенциальной энергией, созданной им для прилета на эту ветку) и ему понадобилось полететь, то он просто отталкивается лапками от опоры в нужном направлении и только распрямляет крылья для планирования. Летит, планируя на расстояние 20-30 метров, по в целом наклонной кривой траектории, вогнутой вниз и расходуя потенциальную энергию с частичным преобразованием ее в кинетическую и только потом начинает махать крыльями для продолжения полета или посадки на выбранную голубем другую ветку дерева. А чтобы снизить свою скорость и не пролететь мимо намеченной ветки, голубь тормозит за счет изменения траектории направленной вверх, при этом полностью расходуя свою кинетическую энергию до посадки на ветку.
Это тоже подтверждает наличие и действие закона естественного сбережения энергий по вогнутым вниз траекториям движения поезда по туннелю или голубя в свободном полете.
Журналисты утверждают, что стоимость сооружения аналога будет рекордной в мире.
Основные признаки аналога, совпадающие с существенными признаками заявляемого способа технического решения: в обоих случаях технические решения предназначены обеспечить преодоление водного препятствия в (виде Керченского пролива шириной от 4,5 до 6 километров) двухколейным железнодорожным транспортом с грузом в виде автотранспорта. При этом прогнутая вниз траектория движения поезда в туннеле является выгоднее, чем прогнутая вверх траектория движения поезда по мосту. Нет кармана для пропуска коммуникаций.
Описание аналога-прототипа №4 и основные совпадающие признаки. Аналог-прототип наиболее близкий по назначению функционального использования к предлагаемому техническому решению по внутреннему устройству, оборудованию и назначению функционального использования. Технические решения аналога-прототипа приняты по патенту на изобретение «Способ транспортного преодоления водного препятствия» по заявке №2014140590 от 07.10.2014 и решением ФИПС от 03.02.2016 о выдаче патента. Скоростное железнодорожное сообщение грузопассажирских, грузовых и пассажирских поездов дальнего следования предусмотрено в придонном сборном железобетонном туннеле с двухсторонним движением электропоездов со скоростью 300 км./час. В туннеле предусмотрено одновременное движение в каждом из направлений нескольких поездов на безопасном расстоянии. Поезда защищают от атак террористов железобетонными конструкциями туннеля, скоростным передвижением поездов в туннеле и пред посадочным досмотром автомашин, пассажиров и их багажа.
В отличие от пассажирских и грузовых поездов дальнего следования, грузопассажирские поезда курсируют только от одного берега водного препятствия до другого и обратно, одновременно перевозя всевозможные автомобили с их пассажирами.
Для обеспечения системы безопасности предусматривают использование герметичного вагона-локомотива, совмещенного с пассажирским вагоном, имеющим систему двухчасового автономного жизнеобеспечения на случай аварии в туннеле или террористическом акте (когда вода заполнит туннель) то от выездного портала туннеля - в специальном снаряжении и с помощью скутера отплывают два дежурных спасателя-подводника, которые заранее уложенный в пазу пола трос цепляют к торцу поезда и по их команде мощная электрическая лебедка на портале извлекает поезд из затопленного туннеля.
Туннель по существу является скоростным и безопасным транспортным конвейером через водное препятствие, где в тупиках заранее загружаются разнообразные автомобили на составы из контейнерных платформ. Составы перемещаются по туннелю на противоположный берег с обеспечением максимальной производительности по законам логистики.
Изобретение предназначено для обеспечения транспортного преодоления водного препятствия в виде рек, озер или морских проливов с помощью придонного туннеля.
Технический результат достигается строительством сборного железобетонного туннеля по дну водного препятствия из сборных железобетонных элементов туннеля, монтируемых под водой с последующей откачкой воды из начерно выполненного туннеля.
Описание технических решений предлагаемого изобретения «Способ транспортного преодоления водного препятствия в районах вечной мерзлоты» основывающихся на вмораживании в распор монолитных железобетонных конструкций туннеля в вечной мерзлоте т.е. ниже деятельного слоя, не подверженного летнему оттаиванию и поэтому не имеющему ни каких деформаций и способный в любое время года воспринимать большие нагрузки от зданий и сооружений, в отличие от поверхностного оттаивающего весной деятельного слоя превращающегося в просадочно-болотистый грунт, не способный нести никакие нагрузки от зданий и сооружений. При осеннем не равномерном промерзании оттаявшего на лето слое, внутри этого слоя скапливается вода под большим давлением (за счет увеличения объема при замерзании воды) и в не предсказуемых местах она от давления прорывается, создавая на поверхности деятельного слоя бугры высотой до 10 метров. Именно поэтому здания и сооружения (в том числе полотна железных дорог и автотрасс), построенные без учета особенностей строительства в районах вечной мерзлоты - быстро становятся непригодными для эксплуатации, а их постоянный ремонт превращается в бессмысленное латание дыр. Выручают северян временные «зимники» прокладываемее напрямую через тундру, замерзшие реки и озера, но это временное не надежное мероприятие и нормальным условием жизни это назвать нельзя.
В предлагаемом техническом решении кроме необходимости выполнения прочного монолитного железобетонного туннеля, очень ответственной конструкцией является прочная армированная пенобетонная теплоизоляция, не допускающая ни при каких обстоятельствах оттаивания вечной мерзлоты грунтов прилегающих к наружным поверхностям туннеля.
Задачей технического решения является обеспечение железнодорожно-автомобильного транспортного преодоления водного препятствия в районах вечной мерзлоты с помощью подземного прямоугольного монолитного железобетонного туннеля в толще вечной мерзлоты с выполнением работ во временно открытой траншее (т.е. без подземной проходки штольни) с челночным движением по туннелю только с одного берега на другой скоростных грузопассажирских поездов, перевозящих автомобили и их пассажиров в одном поезде. Для выполнения туннеля (1+2) именно в толще вечной мерзлоты в распор (т.е. без щелей и воздушных зазоров) предусмотрены технические решения по максимальному сохранению вечной мерзлоты в ходе производства строительных работ и во время последующей долгосрочной эксплуатации туннеля.
Вывод: расстояние между продольными стенами котлована предусматривают равным наружной ширине туннеля, для обеспечения нормальных условий (без выполнения наружной опалубки) вмораживания в распор стен туннеля в массиве прилегающей вечной мерзлоты;
Для этого предлагается конструктивное решение: использовать массив вечной мерзлоты, находящейся ниже деятельного слоя, как временную несущую конструкцию. Для этого выполняются продольные вертикальные стены (23) во временно отрытой траншее (чего обычно строители не делают из за того что обычный не замороженный грунт рассыпается и самоукладывается только с учетом своего угла внутреннего трения), но используя имеющиеся прочностные характеристики вечномерзлого грунта и создавая из них надежные и устойчивые конструкции вертикальных стен открытой траншеи (21+22), обеспечивающие возможность прикрепления к ним сети датчиков в слое вечной мерзлоты, слоев тканевой гидроизоляции (5) укладываемой по выравнивающей железобетонной подготовке (6)по грунтовому основанию (7) и жесткой прочной теплоизоляции (4) из монолитного армированного пенобетона и все это еще использовать как поверхность внешней опалубки при бетонировании в распор стен монолитного железобетонного туннеля (3) (распор будет создаваться сам, когда при укладке бетонной массы в опалубку стен будут использованы мощные вибраторы). Дно котлована (21+22) установлено проектными отметками (19), находящимися ниже поверхности замерзшей реки (17) и дна реки (18).
Имеющиеся неровности (в поверхности вертикальной стены из вечной мерзлоты) будут обеспечивать лучшее сцепление и фиксацию туннеля в массиве вечной мерзлоты (с учетом выполнения стен туннеля в распор и тем препятствовать возможным силам всплытия туннеля). Выполнение вертикальных стен траншей в обычных условиях строительства не возможно.
Вывод: продольные стены котлована для производства строительных работ по сооружению туннеля, выполняют вертикальными на всем протяжении туннеля и только при устойчивой отрицательной температуре воздуха от -2 С до -55 С, когда вода водного препятствия и в составе грунта, гарантировано находится в твердом состоянии;
Только длительные сезонные отрицательные температуры Заполярья и предлагаемые технические решения позволяют значительно сократить объемы земляных работ, в распор вморозить транспортный туннель в вечную мерзлоту (не нарушая условие обязательного сохранения вечной мерзлоты без оттаивания) и тем самым обеспечить вечную неизменяемость грунтового основания туннеля (7) по сравнению с известным наземным выполнением железнодорожных путей и автомагистралей, постоянно разрушающихся еще на стадии сооружения от значительных непредсказуемых деформаций грунтов основания в зонах вечной мерзлоты, подвергающейся летнему оттаиванию с превращением деятельного слоя в просадочное болото и с последующим зимним замерзанием с образованием бугров высотой до 10 метров.
При этом технический результат воплощения предлагаемого изобретения получается за счет выполнения котлована для производства строительных работ (как части поэтапного временно открытого участка траншеи предусмотренной на всей длине выполнения подземного туннеля)с вертикальными продольными стенами в естественных морозных условиях под открытым небом. Производство работ по выполнению монолитных железобетонных конструкций туннеля выполняется в передвижном тепляке (25) на колесах по поверхности земли или по ледяной поверхности замерзшей реки (или искусственно послойно промороженной до дна реки) и соответственно только в течении длительного и не прерывного сезона отрицательных температур в Заполярье, где в основном от -30 до -55 градусов Цельсия, продолжающегося 8 месяцев в течении года. Т.е. когда не потребуется бороться с затоплением строительного котлована водой и не опасаться размораживания вскрытых поверхностей вечной мерзлоты или до дна промерзшей реки, поддерживать в тепляке постоянную (приемлемую для работающих в тепляке и для защиты от таяния вертикальных стен котлована и днища) температуру воздуха не выше -2 градуса, при которой не будет подтаивания воды («Пройти аки по суху», как написано в Старом Завете) во вскрытых вечномерзлых грунтах вертикальных стен и днища котлована. Работающим при отрицательных температурах будет предусмотрена возможность периодически отогреваться в передвижной теплушке с туалетом.
Вывод: если вода в водном препятствии не промерзла до дна, то по ходу разработки котлована канавокопателем и экскаватором, вода под воздействием мороза будет за несколько минут промерзать все ниже, обеспечивая возможность выполнения котлована без контакта с водой в жидком состоянии;
Естественный для Заполярья мороз является (в данном случае не являющийся зимним препятствием для производства строительных работ как обычно) главным созидательным участником для осуществления предлагаемых технических решений с вертикальными продольными стенами котлована, исключающими возможность появления в котловане воды в жидком состоянии и тем обеспечивается возможность производства строительных работ по предлагаемому способу с сокращением до минимума объемов земляных работ. Вечномерзлый грунт, пропитанный замерзшей водой, подобен мало прочной каменной породе, поддающейся непосредственной механизированной разработке в отличие от прочных скальных пород, поддающихся механической разработке только после проведения буровзрывных работ. Подобны по трудности разработки и ледовые замороженные участки русла реки. Полученные с помощью канавокопателя относительно ровные вертикальные поверхности стен в вечной мерзлоте, пригодны для конструктивного прикрепления к ним сети долговременных датчиков контроля за состоянием вечной мерзлоты, гидроизоляционного слоя на прочной тканевой основе, затем выполнение пенобетонной с армированной эффективной и механически прочной теплоизоляции, выполняющей первичную роль в виде внешней опалубки при бетонировании стен туннеля. Все бетонные и железобетонные конструкции туннеля выполняются в режиме сокращенного времени набора прочности бетонной массы за счет быстрого созревания бетонных конструкций. Мощное вибрирование бетонной смеси обеспечит надежное и прочное в распор прилегание конструкции железобетонной стены туннеля к поверхности теплоизоляции и вечной мерзлоты. В данном случае сильные и длительные морозы Заполярья создают для строителей уникальную возможность выполнения из вечномерзлых грунтов надежных и устойчивых вертикальных продольных стен траншеи с помощью обычных или усиленных канавокопателей с последующей разработкой котлована с помощью мощных высокопроизводительных экскаваторов.
Вывод: железобетонные стены туннеля поэтапно в распор вмораживаются в вечномерзлые грунты благодаря продолжительным по времени отрицательным зимним температурам воздуха;
Передвижной на колесах тепляк (что бы не нарушался постоянный тепловой режим внутри тепляка), перемещающийся на пример за сутки на половину своей длины, с работой бригад в три смены и без перерыва работы в входные дни и на праздники, поэтому тепляк не может быть слишком большим (например не больше 50 метров в длину, а ширина зависит от ширины строящегося туннеля). Чтобы не нарушался автоматически поддерживающийся отрицательный тепловой режим в тепляке, строительные материалы в тепляк подаются козловым краном (27) через дистанционно открываемые отверстия в плоской остекленной крыше тепляка (26). Ночная третья смена на основании поминутно расписанного графика работ передвигает тепляк на следующую позицию, принимает и раскладывает на фронте работ все необходимые материалы, развешивает сети электропроводки, меняет местоположение бетоносмесительного узла с бетононасосом, калориферной установки по автоматическому поддержанию постоянной отрицательной температуры в тепляке, суточных складов, трансформаторной подстанции и других механизмов и обеспечивает двухсменную возможность непрерывной работы основных и других необходимых звеньев: опалубщиков, арматурщиков и бетоноукладчиков, звена землеройной техники, засыпки туннеля каменным противовсплывным пригрузом (24) и засыпки траншеи с выполнением временной двухполосной подъездной автодороги для подвоза строительных материалов над выполненным вчерне туннелем, что бы не разрушать слабое и долго восстанавливающееся и очень ранимое существующее покрытие флоры в тундре.
Вывод: доставку строительных материалов выполняют автотранспортом (по временной автодороге, проложенной по каменному пригрузу туннеля), в зону действия козлового крана, подающего все материалы через временно открывающееся отверстие в покрытии остекленного тепляка;
Внутри начерно выполненного туннеля имеется передвижная поперечная стенка. Быстрые темпы продвижения строительства туннеля не могут соответствовать даже специальным ускоренным темпам созревания бетонной смеси и возможности загрузки конструкций туннеля нагрузками от двухполосной автодороги. Поэтому разопалубливание железобетонных конструкций покрытия туннеля будет надолго отставать от суточных темпов строительства туннеля вчерне и потребуется большой запас металлических опалубочных сборно-разборных щитов и стоек, остающихся элементами свежеуложенной бетонной смеси в покрытие туннеля, слоя пригруза, временно используемого как насыпь временной автодороги и нагрузки от подвижного автотранспорта, непрерывно доставляющего строительные материалы и конструкции под козловый кран над тепляком.
Вывод: для обеспечения приемлемой температуры воздуха в рабочей зоне, используют передвижной вдоль трассы туннеля тепляк с автоматическим поддержанием постоянной отрицательной температуры воздуха -2 С, т.е. когда исключена возможность таяния воды в тепляке;
Если прокладка туннеля в чернее не будет выполнена за один морозоустойчивый сезон (примерно 270 дней), то станет необходимым выполнение больших дополнительных объемов работ по консервации, а потом расконсервации строительных работ с соответствующим увеличением стоимости и сроков строительства. Если выполнять туннель вчерне, начиная от двух порталов одновременно и идя на встречу друг другу, то срок работы сократиться в два раза (т.е. за 270 дней можно построить туннель вчерне длиной 10-12 километров).
В будущем туннель возможно будет использоваться и для проезда пассажирских и грузовых поездов дальнего следования по транспортной технологии аналогов №2 и 4. Для экономически выгодного совмещения, предусмотрен монолитно пристроенный коммуникационный карман (2) а так же возможность самостоятельной пристройки еще одного транспортного туннеля при народно- хозяйственной необходимости.
Вывод: на перспективу развития транспортной системы региона, в будущем возможно совмещение пропуска по туннелю грузопассажирских поездов и высокоскоростных пассажирских и грузовых поездов дальнего следования.
В предлагаемом туннеле (вмороженном в распор в грунты вечной мерзлоты) предусматривается одновременное движение по одному пути нескольких поездов на безопасном расстоянии и одновременное движение встречных поездов в одном туннеле с одновременным использованием двух колей. Поезда с электроприводом передвигаются в водонепроницаемом железобетонном прямоугольном туннеле, выполненном в толще вечной мерзлоты (без проходки подземных штреков под землей или строительства высоких опор мостов для обеспечения возможности судоходства в бассейне водного препятствия) со скоростью до 300 км/час (т.е. 5 км/мин). Например: время для преодоления широкой реки (от одного прибрежного тупикового комплекса до другого, т.е. около 20 км) за 5-6 минут.
- Максимальная возможная расчетная годовая производительность туннеля (как один из вариантов: с режимом работы переправы в две дневные смены и полностью третья смена в технологический запас, то за час будет совершено в обоих направлениях 40 рейсов, за день 640 рейсов, за месяц 19200 рейсов, за год 230400 рейсов. При составе из 10 контейнерных платформ, за рейс будет перевезено разнообразной автотехники в количестве минимум 30 единиц. За день 19200 единиц, за месяц 576000 и за год около 7 миллионов единиц разнообразной автотехники). Резерв возможностей туннеля колоссальный по сравнению с пропускной способностью автомобилей своим ходом по мосту (где неуправляемое стадо индивидуалов-конкурентов движется со скоростью менее разрешенных 50 км/час), не исключено возгорание автомобилей при столкновении или технической неисправности.
Имеющиеся резервы пропускной способности позволят пропускать по туннелю в будущем необходимое количество рейсов пассажирских и грузовых поездов дальнего сообщения. В герметичном вагоне-локомотиве (10) с повышенным уровнем безопасности и нормальным уровнем комфорта для пассажиров, устанавливаются два ряда парных кресел и нет окон, т.к. в туннеле они не нужны.
Вывод: предусматривают выполнение вчерне прямоугольного монолитного железобетонного туннеля, полностью заглубленного в придонном массиве вечномерзлых грунтов водного препятствия;
- Обязательное использование ремней безопасности на все время движения поезда, наличие аварийных остекленных дверей и усиленная конструкция каркаса вагона. Каждый поезд находится под постоянным контролем диспетчера и автоматики, негорючесть материалов из которых изготовлены вагоны, исключение возможности столкновения с каким либо предметом в туннеле, а также предусмотренным способом извлечения поезда затопленного в туннеле - все это в комплексе повышает уровень безопасности для пассажиров.
Для обеспечения системы безопасности предусматривают использование герметичного вагона-локомотива, совмещенного с пассажирским вагоном, имеющим систему двухчасового автономного жизнеобеспечения на случай аварии в туннеле или террористическом акте (когда вода заполнит туннель). Тогда от выездного портала туннеля - в специальном снаряжении и с помощью скутера отплывают два дежурных спасателя-подводника, которые заранее уложенный в пазу пола трос цепляют к вагону локомотиву с отсоединением вагона-локомотива от состава и по их команде мощная электрическая лебедка на выездном портале извлекает только вагон-локомотив из затопленного туннеля.
Вывод: чтобы не было повреждения герметичности вагона (всплывшего в затопленном водой туннеле при его волочении по ровному горизонтальному железобетонному потолку туннеля), на крыше вагона выполняются небольшие без привода колеса для езды вагона по потолку туннеля.
- Для сокращения сопротивления воздуха передвижению поездов, в виде воздушных подушек перед поездом и отрицательных подушек за последним вагоном, поезд имеет обтекаемые формы и несимметричную геометрию носа, чтобы легко преодолевать соударение предносовых воздушных подушек при встречном движении поездов в туннеле и уменьшить тормозящий эффект подушки пониженного давления в области хвоста поезда.
- Между соседними путями для противоположного движения поездов (как вариант) нет сплошной разделительной стены, что позволяет в два раза увеличить воздушный объем, и такое свободное перетекание воздуха между параллельными колеями движения будет эффективно гасить образование воздушных подушек.
- Используется, например, рациональный опыт Китая: на магистрали Пекин-Шанхай, где скоростные поезда отправляются через каждые 3 минуты в обоих направлениях. Принятие такого насыщенного графика отправлений поездов (в основном в летний сезон) требует технологически необходимого набора вспомогательных служб и сооружений (диспетчерской службы, автомобильных подъездов, системы погрузо-разгрузочных тупиков, маневровых путей и посадочных перронов) что бы заблаговременно подготовить составы к отправлению.
Вывод: для максимальной эффективности использования туннеля и железнодорожных путей имеется возможность (при наличии клиентов) отправлять поезда на противоположный берег через каждые 3 минуты в обоих направлениях;
В предлагаемом техническом решении использования транспортного подземного туннеля предусмотрен проезд только грузопассажирских поездов, в которых пассажиры собственных автомобилей едут в вагоне-локомотиве (10) с двумя торцовыми кабинами машиниста (что бы локомотиву не требовалось разворачиваться много раз за смену) а автомобили, принадлежащие пассажирам, преодолевает водную преграду на составе из контейнерных платформ (11) того же поезда. Колеса (9) и рельсы (8) могут (как вариант) быть нормальной железнодорожной колеи.
Вывод: продолжительность самозагрузки автомобилей на состав из контейнерных платформ зависит от наличия клиентов, желающих переехать на другой берег водного препятствия, и поэтому вагоны-локомотивы никак не привязаны к определенному составу и доставляют на противоположный берег любой готовый к отправке состав;
Все контейнерные платформы состава представляют собой единую сплошную площадку для свободного без очереди самостоятельного заезда автомашин с торца поезда (см. Фиг. 2) и самостоятельного съезда с другого торца состава на противоположном берегу водного препятствия. Для этого часть поезда, в виде состава только из контейнерных платформ, загоняется в тупик, к которому есть специально оборудованный автомобильный подъезд (13) для самозагрузки и саморазгрузки автомашин (16) с другого торца состава и посадочный перрон с помещением досмотра пассажиров и их багажа (14) с ограждением (15) для перехода пассажиров из своих автомобилей в пассажирский вагон и, наоборот, на переход по перрону к своему автомобилю на противоположном берегу.
Вывод: автотранспорт клиентов преодолевает водное препятствие в туннеле не своим ходом, а перевозится на составах из контейнерных платформ, самозагружаясь с торца состава и саморазгружаясь на другом берегу с другого торца состава.
Бригада такелажников показывает водителям автомашин, где им остановиться, делает досмотр и фиксирует автомашины на время перевозки, а пассажиры автомашин проходят на перрон для посадки в вагон-локомотив на свои места согласно билетам.
Вывод: в вагоне-локомотиве поезда предусматривают две торцевые кабины управления, чтобы локомотиву не требовалось разворачиваться каждый раз после каждой доставки состава на противоположный берег.
Вдоль одного борта вагонов-контейнеровозов предусмотрена стенка-щит (12) для развешивания такелажных приспособлений, противопожарного оборудования (что бы ни чего не лежало на полу и не мешало проезду автомашин) и видеокамер для наблюдения на ходу за состоянием перевозимых автомобилей. Противоположный борт вагонов-контейнеровозов полностью открыт для свободного перехода пассажиров автотранспорта на посадочный перрон с дальнейшим переходом в вагон-локомотив или, наоборот, при саморазгрузке. Ввиду высокой степени концентрации людей и техники на переправе через водную преграду, объект имеет высокую степень привлекательности для террористов и поэтому необходим предпосадочный досмотр автомобилей и пассажиров с их багажом.
Если когда то (вследствие потепления климата и уменьшения слоя вечной мерзлоты) туннель окажется в воде полностью или частично, то на него по закону Архимеда начнут постоянно действовать усилия всплытия, направленные вверх и равные весу жидкости, вытесненной туннелем. Поэтому прочность, массивность и тяжесть конструкций туннеля не только исполняют свое конструктивное предназначение - прочной герметичной и надежной теплоизоляционной оболочки туннеля, но и второе назначение - способствуют невсплываемости туннеля и в помощь системе исключающей всплывание туннеля за счет каменного пригруза и анкеров, закрепленных в коренные породы днища водного препятствия. Кроме того, при использовании поверхностей в качестве наружной опалубки вечномерзлых грунтовых (созданных с помощью канавокопателя при выполнении котлована) и используемых при бетонировании вертикальной монолитной железобетонной изоляции (т.е. бетонирование в распор) без использования съемной наружной опалубки. При наличии сплошной на тканевой основе гибкой полимерной гидроизоляции, грунтовые поверхности стены не будут идеально ровными и будут иметь множество бетонных выступов из-за заполнения не больших произвольных каверн вибрированной бетонной смесью. Этот способ обеспечит надежное примыкание и вмораживание туннеля в массив грунтовой вечной мерзлоты, что будет способствовать невсплываемости туннеля и за счет выполнения туннеля в распор. При этом конструкции туннеля плотно зафиксируются в окружающих массивах вечной мерзлоты. Есть карман для пропуска коммуникаций.
Недостатками аналогов и прототипа относительно предлагаемого технического решения являются:
По аналогу №1:
- выполнение сверхдорогих штолен для туннелей, выполненных способом подземной горной проходки;
- круглая форма сечения туннелей не позволяет рационально использовать пространство внутри туннелей;
- заданные размеры поперечного сечения туннелей и их пространственная компоновка в виде трех самостоятельных туннелей, связанных поперечными проходами, свидетельствуют об объемно-планировочных излишествах (в транспортных туннелях проложено только по одной железнодорожной колее) и нерационально используемом внутреннем пространстве трех туннелей;
- не обеспечивается высокий уровень безопасности для пассажиров и в том числе не предусмотрено выполнение антитеррористических мероприятий;
- вышеперечисленные основные недостатки являются причиной банкротства первой компании по строительству Евротуннеля. Не оправдались затраты на строительство и заслужен титул: «Самой не рациональной дорогой Европы»
По аналогу №2: не пригодность для подводного использования и строительства туннеля в районах вечной мерзлоты, хотя внутри туннеля такие же две колеи железной дороги и техническая начинка внутри туннелей. Предусмотрено передвижение только пассажирских днем и грузовых ночью составов и не предусмотрено передвижение грузопассажирских поездов, обеспечивающих только переправу через водное препятствие.
Предлагаемое техническое решение (для прохождения верха туннеля на 0,5 м ниже летнего уровня вечной мерзлоты) является собственно приспособлением к условиям вечной мерзлоты варианта аналога №2.
По аналогу №3:
- используются повсеместно применяемые технические решения и способы сооружения металлических мостов с их подъездами длиной несколько десятков километров (и в том числе на ненадежных и повсеместно разрушившихся железнодорожных и автотранспортных объектах в районах вечной мерзлоты, построенных без учета индивидуальных особенностей и не использовании возможных индивидуальных приспособлений к суровым климатическим условиям в районах вечной мерзлоты и тундры, например в Сибири и Заполярье);
- невысокая годовая пропускная способность, гигантские объемы работ и нерациональные расходы на производство строительных работ (предлагаемое техническое решение будет дешевле от 30% до 35%, а по пропускной способности будет в два раза большим. Чего стоит только строительство трех временных металлических тяжело несущих мостов только для подвоза строительных материалов для строительства основного моста);
- не обеспечивается высокий уровень безопасности для пассажиров и в том числе не предусмотрены антитеррористические мероприятия;
- проектируемое устаревшее техническое решение по мосту не может быть отнесено к инновационным, т.к. нет новизны технических решений и пренебрегаются законы логистики;
- вышеперечисленные основные недостатки являются основанием для журналистов утверждать, что это будет самое высокозатратное строительство моста в мире.
Недостатки по аналогу-прототипу №4 (мост или эстакада) и предлагаемые технические решения по способу.
Поставленная техническая задача решается благодаря тому, что в предлагаемом изобретении «Способ транспортного преодоления водного препятствия в районах вечной мерзлоты», содержащем общие с аналогами технические решения и существенные характеризующие признаки, предусмотрены следующие отличия при реализации предлагаемого изобретения:
- Предусматривают выполнение подземного монолитного железобетонного прямоугольного туннеля во временном котловане в распор и вмороженного в вечную мерзлоту.
- Деформационные швы по длине туннеля не предусматриваются т.к. температура слоя вечной мерзлоты практически постоянна в течение года (от 0 градусов и ниже, а на глубине 10 метров и глубже - постоянная в течение года). Низ туннеля в виде плитного фундамента (5) опирается на железобетонную теплоизолирующую выравнивающую подготовку (4), уложенную на естественные донные породы. То есть обеспечивается надежная передача нагрузок от туннеля на грунты основания в виде равномерной нагрузки на каждый сантиметр квадратный поверхности естественного грунтового основания фундамента.
Непрерывностью изготовления прямолинейного монолитного железобетонного прямоугольного туннеля по всей длине туннеля, создается единая конструктивная и технологическая высокопроизводительная система для преодоления водного препятствия.
- Для повышения уровня безопасности туннеля, на случай аварийного таяния прилегающего массива вечной мерзлоты, выполняют противовсплывающую систему (в дополнение к собственному весу конструкций туннеля) туннеля с помощью каменного пригруза и анкеров закрепленных в коренных породах днища водного препятствия.
Вывод: с учетом веса конструкций туннеля выполняют противовсплывную систему туннеля за счет выполнения каменного пригруза, используемого и как теплоизоляционный слой покрытия туннеля и еще в качестве насыпного полотна временной подъездной двух полосной автодороги, используемой для доставки на строительную площадку конструкций и строительных материалов автотранспортом;
- Не выполняют систему отопления туннеля с учетом обязательной необходимости сохранения вечной мерзлоты прилегающих грунтов ко всем внешним сторонам туннеля, имеющего надежную внешнюю гидроизоляцию и надежную прочную теплоизоляцию.
Предлагаемое техническое решение (для прохождения верха туннеля на 0,5 м. ниже летнего уровня вечной мерзлоты) является собственно приспособлением к условиям вечной мерзлоты по варианту аналогу-прототипу №4.
- Предусматривают движение по туннелю только грузопассажирских поездов предназначенных для совместного преодоления водного препятствия пассажирами вместе с их автомобилями.
- в будущем возможно совместное движение по туннелю и скоростных пассажирских и грузовых поездов дальнего следования
- Предусматривают необходимый набор служб (диспетчерскую службу, автомобильные подъезды, погрузочно-разгрузочные тупики, посадочные перроны) обеспечивающих строго по графику заблаговременную подготовку поездов к отправлению (при наличии клиентов).
Вывод: предусматривают строительство диспетчерского пункта переправы через водное препятствие, совмещенного с помещениями для персонала, погрузо-разгрузочных тупиков с перронами и автомобильных подъездов для самозагрузки без стояния в очереди и саморазгрузки автомобилей;
- Предусматривают систему погрузо-разгрузочных тупиков, где автомобили съезжая с автомобильного подъезда на торец состава поезда из контейнерных платформ самозагружаются и по сплошному покрытию состава проезжают до предыдущего самозагрузившегося автомобиля, а по прибытию в тупик на противоположном берегу выезжают с другого торца состава на автомобильный подъезд, саморазгрузившись с грузопассажирского поезда. Что освобождает клиентов от необходимости стоять в очереди на переправу через водное препятствие несколько часов и обычных скандалов т.к. всегда есть тупики с составами из контейнерных платформ, на которые сразу можно въезжать.
В комплект выполнения коробки туннеля вчерне, обязательно входят работы, обеспечивающие невсплываемость туннеля (каменный пригруз, анкера и другие известные приемы противовсплывной фиксации туннеля). Неровность наружных сторон стен туннеля и выполнение бетонирования стен туннеля враспор также способствует противовсплывной фиксации туннеля.
- Размещение кабин машиниста в торцах герметичного вагона-локомотива обеспечивает безопасность пассажиров и машиниста при аварийном заполнении туннеля водой, т.к. вагон имеет систему двухчасового автономного жизнеобеспечения.
- В туннеле не предусмотрена возможность передвижения автомобилей своим ходом, т.к. вынужденная остановка даже одного из тысяч преодолевающих водное препятствие автомобилей надолго остановит движение в туннеле, выполнение системы вентиляции туннеля потребовало бы увеличения габаритов туннеля по всей длине, работа вентиляции туннеля способствовала бы в летний период размораживанию вечной мерзлоты грунтов, прилегающих к наружным поверхностям туннеля, и все эти работы вели бы к увеличению строительных и эксплуатационных расходов.
- Если бы автомашины передвигались по туннелю своим ходом без досмотра (т.е. как неорганизованное стадо индивидуалов, где большинство считает развлечением опередить соседа вопреки правилам дорожного движения), а не как предусмотрено - на контейнерных платформах, загазованность туннеля (при экономных размерах туннеля) была бы недопустимой, значительно уменьшилась бы пропускная способность туннеля, т.к. скорость автомобилей была бы не больше 50 км/час, а не как у поезда - 300 км/час, и увеличивался бы риск разрушения туннеля смертником-террористом с помощью тонны или более взрывчатки в его автомобиле.
- С учетом опыта эксплуатации туннеля под Ла-Маншем, где предусмотрена система охлаждения рельсов, нагревающихся от постоянных электрических разрядов, а вентиляция туннеля будет сама выполняться за счет частого скоростного передвижения поездов в туннеле, и для сокращения попадания теплого воздуха в туннель летом на порталах предусматриваются воздушные завесы, и отказ от выполнения отопительной системы туннеля позволит понизить расходы при строительстве и эксплуатации туннеля.
- Изготовление монолитных железобетонных конструкций туннеля выполняется из высокопрочного водонепроницаемого бетона с быстрым набором основной части необходимой прочности при температуре выше нулевой отметки в теле бетона и продолжением набора прочности при температуре выше нулевой отметки, обеспечиваемой известными способами слабого электроподогрева свежеуложенной бетонной смеси, разработанными и используемыми на практике строителями северных широт, в том числе часто используемыми зимниками - временными малонадежными «автотрассами».
Вывод: не набравшее расчетную прочность монолитное железобетонное перекрытие туннеля догружают действующей подъездной автодорогой, для обеспечения чего заранее устанавливают усиленные стальные стойки и опалубку при бетонировании перекрытия туннеля.
Предлагаемое изобретение «Способ транспортного преодоления водного препятствия в районах вечной мерзлоты» имеет отличительные признаки, указанные в пунктах формулы изобретения предлагаемого технического решения и описанных способов его осуществления. Учитывая то, что между совокупностью существенных признаков заявляемого объекта и достигаемым техническим результатом существует причинно-следственная связь, изложенная выше и отражающая все известные заявителю виды технического результата в сопоставлении фактических показателей по аналогам в их сопоставлении с показателями заявляемого способа и с объяснением, за счет чего стало возможным улучшение показателей предложенного способа по сравнению с тремя аналогами и прототипом.
Предлагаемое техническое решение «Способ транспортного преодоления водного препятствия в районах вечной мерзлоты» (благодаря фактическим преимуществам над аналогами и прототипу) позволяет создать надежный высокопроизводительный круглогодично используемый скоростной вид железнодорожно-автомобильного транспортного сообщения, обеспечивающий преодоление водных препятствий в районах вечной мерзлоты с использованием (в изобилии имеющихся в Сибири и Заполярье)факторов существующей вечной мерзлоты грунтов и длительных периодов устойчивых отрицательных температур в качестве не заменимых созидательных условий при производстве строительно-монтажных работ при сооружении вмороженного в распор в вечную мерзлоту подземного монолитного железобетонного транспортного туннеля и в том числе конкретные преимущества по аналогам:
По аналогу №1: уменьшается объем работ по строительству, сокращаются сроки строительства и соответственно сокращается стоимость строительства за счет технических решений:
- отказа от варианта наиболее трудоемкой подземной проходки туннеля в коренных прочных грунтах, составляющей основной объем трудозатрат работ и стоимости
- отказа от круглой формы туннеля в разрезе, обеспечивающего рациональное использование объема туннеля
- отказа от объемно-планировочных излишеств в виде строительства для каждого железнодорожного пути отдельного туннеля и специального технического туннеля
- для повышения пропускной способности туннеля выбирается вариант с использованием графика отправки поездов как в Китае, где наземные поезда отправляют через каждые 3 минуты в противоположных направлениях
- квалифицировать предусмотренные условия уровня безопасности для пассажиров как повышенные и в том числе по обеспечению террористической безопасности.
По аналогу №2: За счет выполнения траншей с вертикальными стенами предусмотрена возможность подземного использования окружающей толщи вечной мерзлоты, не подверженной никаким деформациям в отличие от поверхностного деятельного слоя, подверженного мерзлотному пучению с образованием бугров высотой до 10 метров и образованием термокарстовых западин в районах вечной мерзлоты, (которые непредсказуемо и напрочь разрушают поверхностные открытые ранее строившиеся полотна железнодорожных путей и автодорог). Для надежной защиты подземного туннеля от разрушения вышеописанным способом и долговременного надежного транспортного преодоления препятствий на поверхности земли в виде временных стоячих вод, имеющих место быть почти повсеместно в тундре в короткий 2-3 месячный летний сезон, туннель вмораживается в распор в массив постоянной вечной мерзлоты.
По аналогу №3:
- отказ от невысоких скоростей по мосту для автотранспортного преодоления водного препятствия своим ходом, что снижает пропускную способность транспортного перехода через пролив;
- отказ от преодоления водного препятствия на высоте 50 метров над уровнем воды (для свободного пропуска водного транспорта под мостом) со строительством большого количества высоких опор высотой от 80 до 140 метров и огромных транспортных развязок для создания возможности подъема железнодорожного транспорта и автотранспорта на уровень въезда на мост на высоте 50 и 60 метров над уровнем воды в Керченском проливе. Двухэтажный металлический многократно кривой мост имеет высокую степень парусности и ветровые нагрузки от ураганов и напора нагонного льда будут более чем значительными. Мост находиться на территории 10 бальной сейсмичности (в проекте безосновательно пониженной до 8 баллов), трасса моста длиной 19 километрах проходит над действующими грязевыми вулканами тектонического разлома при ширине пролива от 4,5 до 6 километров (проектировщики отказались переместить створ моста в другое более благоприятное место);
- считать предлагаемое техническое решение инновационным с использованием патентованных изобретений и законов логистики, обеспечивающих достижение максимальной пропускной способности и эффективности затрат на строительство туннеля для преодоления водного препятствия в районах вечной мерзлоты;
- квалифицировать предусмотренные условия уровня безопасности для пассажиров как повышенные и в том числе по террористической безопасности;
- выгнутая вниз в вертикальной плоскости трасса преодоления водного препятствия в туннеле позволяет постоянно экономить расходы при эксплуатации за счет возможности рационального использования кинетической и потенциальной энергий в виде резкого сокращения использования тормозного комплекса по сравнению с выгнутой в верх трассой преодоления водного препятствия по мостовому преодолению водного препятствия и быстрого износа колес, тормозных колодок и головок рельсовых путей.
- На конструкции транспортного перехода через водную преграду (в течение длительных сроков эксплуатации сооружений), в частности на конструкции моста, действуют огромнейшие усилия от сейсмических толчков, т.к. высотное пространственное расположение моста способствует этому, за счет больших разрушительных амплитуд от колебаний на высоте.
- На подземный туннель (вмороженный в распор в слое вечной мерзлоты) почти не действуют сейсмические толчки, т.к. колоссальная пространственная жесткость массива вечной мерзлоты не сопоставима с пространственной жесткостью туннеля, а от воздействия остальных вышеперечисленных внешних силовых воздействий туннель освобожден, т.к. находиться ниже дна реки и уровня земли и ему нипочем ураганы, таранные удары морских кораблей, давление нагонных льдов, амплитуды колебания от сейсмических толчков, ржавление металлических конструкций (т.к. туннель в распор вморожен в массив вечной мерзлоты).
- Предусматривают строительство диспетчерского пункта переправы через водное препятствие, совмещенного с помещениями для персонала, погрузо-разгрузочных тупиков с перронами и автомобильных подъездов для самозагрузки без стояния в очереди и саморазгрузки автомобилей;
В результате в конструкциях туннеля не возникают максимальные усилия, возникающие в мостовых конструкциях, и соответственно не требуются сверхмощные конструкции туннеля. Значительно понижаются (по сравнению с мостом) угрозы потери эксплуатационной пригодности туннеля в ближайшие 100 лет.
В арсенале эксплуатационников имеется возможность не только извлечь поезд из аварийно затопленного водой туннеля, но и обеспечить постоянный внутренний и внешний контроль за состоянием подземного туннеля и выполнения необходимых ремонтных работ в ночные часы, в соответствии с графиком.
Описанное выше техническое решение «Способ транспортного преодоления водного препятствия в районах вечной мерзлоты» осуществляется в соответствии с современными способами и как вариант - конструктивными указаниями по производству строительных работ, изложенных в нормативных документах и в тексте данного описания.
Технический результат достигается с помощью предлагаемого изобретения, предназначенного для обеспечения транспортного преодоления водного препятствия в виде рек, озер или летних затоплений тундры с помощью прямоугольного подземного монолитного железобетонного туннеля, вмороженного в распор в вечную мерзлоту.
Это самый высокопроизводительный, не дорогой и сервисно-комфортный способ для массового преодоления водного препятствия автотранспортом (самым мобильным, многочисленным, удобным и всюду проходимым кроме водных препятствий). Поэтому преодоление водного препятствия путешествующими автолюбителями и профессионалами-дальнобойщиками на грузопассажирских поездах, в которых одновременно едут в пассажирском вагоне владельцы автомобилей и профессионалы-дальнобойщики, а на грузовых платформах того же поезда едут их автомобили (что является очень удобной услугой для отпускников-автолюбителей и профессионалов-дальнобойщиков, т.к. других препятствий на поверхности земли для них нет). В предлагаемом техническом решении не требуется проведение очень дорогих подводных работ.
Если по результатам аэродинамических расчетов потребуется разделение путей стеной, то целесообразно коммуникационный карман разместить посередине туннеля.
При проектировании и производстве строительных работ в субантарктическом климате руководствоваться указаниями СНиП 3.06.04-91, технологиями ускорения набора прочности бетонной массы и другими специализированными нормативами.
Объемы строительно-монтажных работ и стоимость по предлагаемому изобретению «Способ транспортного преодоления водного препятствия в районах вечной мерзлоты» примерно на треть меньшие, а пропускная способность большая, чем при строительстве двухэтажного моста с двумя железнодорожными колеями и четырьмя автомобильными полосами по аналогу №3. Тем более что за проезд автомобилей по любым дорогостоящим транспортным сооружениям повсеместно требуется оплата за проезд.
Техническая сущность предложенного технического решения поясняется чертежами, на которых изображены Фигуры от номера 1 до номера 5 и пояснения к номерам позиций.
Чертежи выполнены на примере варианта преодоления туннелем речного русла.
1 - придонный туннель для передвижения железнодорожного транспорта и прокладки коммуникаций
2 - коммуникационный карман
3 - монолитный железобетонный туннель
4 - армированная пенобетонная теплоизоляция
5 - гидроизоляция
6 - выравнивающий железобетонный слой
7 - грунтовое основание фундаментов туннеля
8 - рельсы железнодорожные
9 - колеса
10 - вагон-локомотив с салоном для пассажиров
11 - состав из платформ-контейнеровозов, имеющих сплошное покрытие для проезда автомобилей
12 - стенка-щит для навешивания видеокамер, светильников, такелажных и противопожарных приспособлений
13 - автомобильный въезд (выезд) к торцу состава из платформ-контейнеровозов
14 - посадочный перрон у тупика с досмотровым помещением, для перехода пассажиров из автомобилей в салон вагона-локомотива для пассажиров и обратно на другом берегу
15 - ограждение посадочного перрона
16 - разнообразные автомобили, перевозимые через водное препятствие
17 - уровень замерзшей реки
18 - уровень дна реки в створе туннеля
19 - проектный уровень грунтового основания фундаментов туннеля
20 - продольные канавы, ограничивающие ширину котлована
21 - лед, удаляемый из котлована экскаватором
22 - грунтовая вечная мерзлота, удаляемая из котлована экскаватором
23 - наружные грани вертикальных стен котлована, расстояние между которыми равно ширине туннеля
24 - противовсплывной каменный пригруз туннеля
25 - тепляк с вертикальными брезентовыми фартуками, имеющими необходимые дверные проемы
26 - остекленное покрытие тепляка на колесах с дистанционно открываемыми проемами для подачи на рабочие места в тепляке строительных материалов с помощью козлового крана
27 - козловый кран на колесах (поперек трассы туннеля).