СПОСОБ СООРУЖЕНИЯ ТОННЕЛЬНОГО ТРАНСПОРТНОГО ПЕРЕХОДА
METHOD FOR CONSTRUCTION OF TRANSPORT TUNNEL OF TRANSITION

Техническое решение относится к производству работ в гидротехническом строительстве и может быть использовано при сооружении подводных транспортных переходов на мелководных акваториях со слабыми донными грунтами, например, под фарватерами проливов и каналов.
Известные современные способы (см., например, [1-5]) сооружения подводных объектов, включая подводные тоннели, как правило, используют ставшую классикой технологию гидротехнического строительства с применением плавсредств для доставки (буксировки) на плаву материалов (строительных блоков, секций и т.п.) и оборудования к месту строительства на акватории. Технология наплавной транспортировки строительных блоков к месту возведения применяется с 1980-х годов (см., например, [6-10], а также SU 1371999 A1, 07.02.1988; SU 1491940 A1, 07.07.1989; RU 2107773 C1, 27.03.1998 и др.)
В то время как технология строительства мостовых конструкций на акваториях без применения плавсредств разработана (RU 2483153 С2, 27.05.2013; RU 2474649 С2, 10.02.2013; RU 2447226 С2, 10.04.2012; RU 83075 U1, 20.05.2009; RU 41032 U1, 10.10.2004; RU 18405 U1, 20.06.2001) и используется Проектно-строительной фирмой «Спецфундаметстрой» [11], методы наплавной транспортировки строительных блоков к месту возведения до настоящего времени применяются в практике гидротехнического строительства в России [1, 6], во Франции [2], в Китае и Японии [3-5], в Израиле и Великобритании [7]. Так, известные способы [3-5] сооружения подводных тоннелей включают изготовление секций тоннеля в сухих доках на удаленных от места строительства специализированных заводах, наплавную транспортировку изготовленных секций к месту строительства с использованием судов-буксиров и понтонов и укладку сборных железобетонных секций на акватории при помощи судовых плавучих кранов с соединением секций между собой для образования тоннеля.
Однако наплавная транспортировка изготовленных на специализированном удаленном заводе громоздких секций тоннеля к месту строительства и их установка на дно акватории являются весьма сложными, трудоемкими и дорогостоящими операциями, требующими значительных материальных и временных ресурсов. Та, в Китайском проекте 2013-14 гг. HZMB (Hong Kong-Zhuhal-Macao Bridge) [3-5] длина одной секции тоннеля может составлять от 90 до 180 м при ширине 20-30 м и высоте 8-10 м, вес одной секции достигает 40-80 тыс. тонн, а для установки секций тоннеля на дно (при глубине акватории 22-45 м) требуется до 20 рабочих судов, включая 12 буксиров, с общей численностью членов экипажей до 200 и более.
За прототип принят способ [1] возведения крупноблочного сооружения в прибрежной зоне водоема по патенту RU 2195531 C1, 27.12.2002 (авторы: Велихов Е.П. и др.), который включает изготовление (сборку) строительного блока-модуля, его перемещение к месту возведения и установку на проектное положение. При этом заводскую сборку строительного блока-модуля осуществляют в удаленном от места строительства сухом шлюзовом доке завода-изготовителя, перемещение блока к месту строительства выполняют наплавной транспортировкой с помощью собранного на том же заводе понтонного плавкомплекса.
Основным недостатком способа [1], как и других рассмотренных аналогов, является необходимость использования плавсредств (понтонного плавкомплекса), что делает способ [1] весьма сложным, трудоемким и дорогостоящим, требующим значительных материальных затрат и увеличивающим сроки строительства, а также невыполнимым в условиях значительного волнения. При этом установка секций тоннеля на слабые («текущие») грунты мелководных акваторий (до 10-15 м) способом [1] представляется проблематичной. Как показала практика возведения гидротехнических сооружений [11], наплавная транспортировка строительных блоков (в том числе тоннельных секций) к месту строительства с использованием плавсредств препятствует достижению оптимального критерия производства «сложность - стоимость - эффективность», т.е. достижению максимально возможной эффективности и производительности при приемлемых сложности и стоимости.
Сущность предлагаемого технического решения заключается в создании способа сооружения in situ (в месте нахождения) подводного тоннельного транспортного перехода, исключающего из процесса строительства дорогостоящих, сложных и трудоемких операций наплавной транспортировки секций тоннеля к месту строительства на мелководной акватории со значительной толщей слабого донного грунта.
Основной технический результат изобретения - упрощение операций перемещения секций тоннеля к месту строительства и их установки на дно мелководной акватории со слабым грунтом. При этом обеспечивается повышение технологичности и эксплуатационной надежности строительства подводного тоннельного транспортного перехода, сокращение сроков строительства и, как следствие, оптимизация критерия производства «сложность - стоимость - эффективность».
Технический результат достигается следующим образом.
Способ сооружения тоннельного транспортного перехода включает изготовление сборных железобетонных секций в сухом шлюзовом доке, перемещение их к месту монтажа и последовательную укладку сборных секций на дно акватории с последующим соединением секций между собой для формирования тоннеля.
Отличительной особенностью способа является то, что при небольших глубинах и значительной толще слабых грунтов дна акватории в теле острова (или искусственного острова), размещенного на проектной трассе тоннеля, оборудуют шлюзовую камеру, выполняющую роль сухого дока для одновременного изготовления нескольких сборных секций. По профилю тоннеля монтируют две направляющие параллельные ограждающие грунтонепроницаемые конструкции типа стена в грунте, внутри ограждающих конструкций сооружают котлован для размещения сборных секций, формируют основание котлована в виде подушки из щебня. Основным отличием способа является то, что наплавное перемещение и установку путем погружения на проектное положение изготовленных сборных секций тоннеля осуществляют из открытой и заполненной водой шлюзовой камеры посредством тяговых тросовых лебедок, установленных и закрепленных на ограждающих конструкциях.
Кроме того, способ отличается тем, что две параллельные ограждающие конструкции типа стена в грунте монтируют в виде больверка или шпунтовой стенки посредством забивки сваебойным оборудованием, например гидромолотом (или вибропогружателем), в грунт дна металлических труб диаметром от 500 до 1400 мм или шпунтовых свай.
Котлован для размещения сборных секций внутри ограждающих конструкций сооружают путем удаления грунта дна и перемещения его для формирования искусственного острова.
Способ также отличается тем, что нижние части установленных на проектное положение на основание котлована сборных секций закрепляют анкерными соединениями с ограждающими конструкциями.
Особенностью способа, кроме того, является то, что после установки сборных секций на проектное положение выполняют засыпку щебнем пазухи котлована с верхним защитным слоем щебня до уровня естественного дна акватории.
После завершения монтажа тоннеля из сборных секций и засыпки щебнем ограждающие конструкции обрезают на уровне дна акватории.
В конкретном случае выполнения способ может быть применен при сооружении транспортного перехода через Керченский пролив.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан фрагмент общего вида сооружаемого тоннельного транспортного перехода, на фиг. 2 приведена общая схема строительства подводного тоннеля, на фиг. 3 дан поперечный разрез тоннеля по фиг. 2, фиг. 4 иллюстрирует окончательный вид возведенного подводного тоннеля.
На чертежах приняты следующие обозначения:
1 - сборные железобетонные секции тоннеля;
2 - ограждающие грунтонепроницаемые конструкции типа стена в грунте;
3 - металлические трубы (или шпунтовые сваи) ограждающих конструкций;
4 - основание котлована (подушка из щебня);
5 - верхний защитный слой щебня на секции;
6 - пазуха котлована, засыпанная щебнем;
7 - анкерные соединения сборных секций с ограждающими конструкциями;
8 - уровень поверхности акватории;
9 - уровень дна акватории со слабым грунтом;
10 - грунт из осадочных (слабых) отложений;
11 - искусственный остров;
12 - шлюзовая камера (сухой док);
13 - низководный автодорожный мост;
14 - тяговые тросовые лебедки.
Способ сооружения тоннельного транспортного перехода реализуют следующим образом.
На проектной трассе в створе строящегося тоннеля в теле острова (искусственного острова) 11 оборудуют шлюзовую камеру 12, выполняющую роль сухого дока для одновременного изготовления нескольких (по крайней мере, двух) сборных секций 1 (фиг. 2). По профилю тоннеля монтируют две направляющие параллельные ограждающие грунтонепроницаемые конструции 2 типа стена в грунте. Конструкции 2 монтируют в виде больверка или шпунтовой стенки посредством забивки сваебойным оборудованием, например гидромолотом или вибропогружателем, в грунт дна металлических труб диаметром от 500 до 1400 мм или шпунтовых свай. Монтаж ограждающих конструкций 2 может проводиться с использованием технологии и оборудования, разработанных и применяемых в практике гидротехнического строительства в ПСФ «Спецфундаментстрой» ([11], RU 35539 U1, 20.01,2004; RU 42232 U1, 27.11.2004; RU 42545 U1, 10.12.2004; RU 2483153 С2, 27.05.2013).
Внутри ограждающих конструкций 2 сооружают котлован для размещения сборных секций 1 и формируют основание 4 котлована в виде подушки из щебня (фиг. 1). При этом котлован для размещения сборных секций 1 сооружают путем удаления грунта 10 дна и перемещения его для формирования искусственного острова 11 (используя, например, технологию доставки «Плавучий остров» по патентам ПСФ «Спецфундаментстрой» RU 2413816 С2, 10.03.2011, RU 96549 U1, 10.08.2010).
Изготовленные в сухом доке (шлюзовой камере 12) сборные секции 1 тоннеля (при заполнении водой шлюзовой камеры 12 до уровня 8 поверхности акватории) поочередно перемещают на плаву в котлован между ограждающими конструкциями 2 (см. верхнюю часть фиг. 3) и устанавливают на основание 4 котлована путем погружения на проектное положение (см. нижнюю часть фиг. 3). Наплавное перемещение секций 1 и их установку осуществляют посредством тяговых тросовых лебедок, после чего нижние части сборных секций 1 закрепляют анкерными соединениями 7 с ограждающими конструкциями 2.
Сборные секции 1 соединяют между собой одним из известных методов, например с помощью закладных деталей [10], мостовых элементов [7], либо посредством устройств, описанных в [3-5, 12]. После установки сборных секций 1 на проектное положение выполняют засыпку щебнем пазухи 6 котлована и верхнего защитного слоя 5 до уровня 9 естественного дна акватории (см. нижнюю часть фиг. 3). После завершения монтажа тоннеля из сборных секций 1 и засыпки 5, 6 щебнем ограждающие конструкции 2 обрезают на уровне 9 дна акватории (фиг. 4). В результате на слабых грунтах (песок) в мелководной акватории под судоходным фарватером сооружают подводный тоннельный транспортный переход, не подверженный волновым воздействиям и размыву основания.
В конкретном случае выполнения предложенный способ может быть применен при сооружении транспортного перехода, например, через Керченский пролив. В частности, подводный тоннельный транспортный переход при пересечении фарватера Еникальского канала может служить альтернативным вариантом моста с вертикально-подъемными или разводными пролетами.
Из формулы и описания способа сооружения тоннельного транспортного перехода и операций по его выполнению следует, что достигается его назначение с указанным техническим результатом, который находится в причинно-следственной связи с совокупностью существенных признаков изобретения, при этом достигается оптимальный комплексный критерий производства «сложность-стоимость-эффективность».
Источники информации
I. Прототип и аналог:
1. RU 2195531 C1, 27.12.2002 (прототип).
2. RU 2006143765 А, 20.06.2008 (аналог).
II. Дополнительные источники информации
3. http://tec-tunnel.com/projects/hzmb/
4. http:www.hzmb.org/en/
5. http://www.hzmb.hk/eng/about overview 01.html
6. RU 2224843 С2, 27.02.2004.
7. RU 2062314 C1, 20.06.1996.
8. SU 1721179 A1, 23.03.1992.
9. SU 1555424 A1, 07.04.1990.
10. SU 1458482 A1, 15.02.1989.
11. www.specfundament.ru.
12. RU 2447233 C2, 10.04.2012.
III. Источники по уровню техники см. также в описании.