ТРАНСПОРТНЫЙ ТОННЕЛЬ ДЛЯ АВТОДОРОЖНОГО И/ИЛИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Полезная модель относится к области дорожного строительства, а именно - к конструкции путепроводов тоннельного типа и тоннелей для автомобильного и железнодорожного транспорта.
Известен двухуровневый тоннель (Полезная модель по свидетельству №49901 от 10.12.2005), включающий внешнюю оболочку круглого сечения из железобетонных блоков и внутреннюю часть в виде плит проезжей части, разделяющую тоннель на расположенные друг над другом ярусы для движения транспортных средств, с конструкцией боковых опор разделяющие нижний ярус на технологические, тоннель выполнен диаметром, обеспечивающим одновременное движение по верхнему и по нижнему отсекам, а верхний отсек для движения транспортных средств выполнен с большим или равным сечением, чем нижний, при этом нижний отсек содержит две секции для движения рельсового транспорта в оба направления и два технологических отсека, расположенных с их внешних сторон, в транспортных секциях для движения рельсового транспорта смонтированы линии метрополитена, а из верхнего транспортного отсека предусмотрен выход в сервисный тоннель, на плите проезжей части верхнего отсека смонтирован разделительный бордюр.
Предложенная выше конструкция обладает следующим радом недостатков понижающих их надежность и повышающих его стоимость.
- Первый, из недостатков, это опирание внутренней конструкции второго яруса на внешнюю оболочку. Так как внешняя оболочка выполнена из блоков то внутренняя нагрузка будет передавать на внешнюю оболочку нагрузки, которые будут вызывать подвижки блоков внешней конструкции, что, в конечном счете, приведет к ее нарушению с потерей герметичности и устойчивости тоннеля. С другой стороны, горное давление, воспринимаемое внешней конструкцией, будет вызывать изменения формы тоннеля, а это будет вызывать напряжения во внутренней конструкции. Так как рассчитать точно изменение формы практически невозможно, то это вызовет необоснованное усиление внутренней конструкции тоннеля, а в ряде случаев даже увеличения диаметра тоннеля с и последующим удорожанием обеих конструкций.
- Другим недостатком является то, что плита перекрытия первого и второго ярусов выполнена на ширину превышающую ширину проезжей части тоннеля. Таким образом, создается перекрытие с пролетом, превышающим необходимую ширину, на ширину боковых эвакуационных проходов на этаже второго яруса. Что приводить к значительному удорожанию внутренней конструкции и значительно завышает толщину перекрытия второго яруса.
- Следующим недостатком является выполнение плиты второго яруса на всю ширину тоннеля, что обуславливает, установку ее опор по краям этим блокируется возможность организации путей эвакуации вдоль тоннеля и вызывает потребность выхода за пределы внешней конструкции тоннеля для их устройства. В рассматриваемом аналоге, пути эвакуации предусмотрены за пределами внешней конструкции тоннеля, что понижает надежность конструкции тоннеля и влечет за собой значительное ее удоражиние.
- Конструкция не позволяет обеспечить вентиляционные каналы вдоль тоннеля и обуславливает требование проходки дополнительного сервисного тоннеля для эвакуации и вентиляции.
Наиболее близким, из известных конструкций, является двухъярусный автомобильно-дорожный путепровод тоннельного типа (Полезная модель по свидетельству №72235 от 10.04.2008), который представляет собой тоннель кругового поперечного сечения, в которой внешняя оболочка туннеля предназначена для поддержания устойчивости выработанного пространства и внутренняя часть предназначена для обеспечения транспортных функций тоннеля. Внешняя оболочка тоннеля выполнена из сборных железобетонных блоков. Внутренняя часть тоннеля разделена на два яруса с высотным габаритом каждого из них не менее 4,5 м параллельными железобетонными плитами, смонтированными по всей длине тоннеля с организацией в каждом ярусе полос движения. В каждом ярусе предусмотрено движение в одном направлении, но противоположном между ярусами. В свободной части тоннеля размещен центральный вентиляционный короб с клапанами для обслуживания верхнего яруса тоннеля, а в нижнем ярусе размещены боковые вентиляционные короба. Для обеспечения возможности обслуживания тоннеля и обеспечения эффективности его вентиляции, тоннель снабжен параллельно ему расположенным на уровне верхнего яруса и его вентиляционного короба сервисным тоннелем, отделенный перегородкой и образующий его вентиляционный короб, верхняя часть, которого соединена через сбойки с центральным вентиляционным коробом. Кроме того, сечение вентиляционного короба отделенной перегородкой верхней части сервисного тоннеля превышает сечение центрального вентиляционного короба, где последний соединен каналами с боковыми вентиляционными коробами нижнего яруса. При этом двухъярусный автотранспортный путепровод тоннельного типа снабжен технологическими коллекторами, размещенными в разделенной на зоны полости под нижним ярусом, причем из каждого яруса и из технологического коллектора выполнены выходы за пределы внешней конструкции тоннеля, соединенные посредством лестничных маршей с разделенным продольной перегородкой пространством под перегородкой сервисного тоннеля.
Предложенная выше конструкция обладает радом недостатков понижающих ее надежность и повышающих ее стоимость:
- Первый из них это то, что внутренняя конструкция второго яруса опирается на внешнюю оболочку тоннеля. Так как внешняя оболочка выполнена из блоков, то внутренняя нагрузка будет передавать нагрузки на внешнюю, которые будут вызывать подвижки блоков внешней оболочки, что, в конечном счете, приведет к ее нарушению с потерей герметичности и устойчивости тоннеля. С другой стороны горное давление, воспринимаемое внешней оболочкой, будет вызывать изменения формы тоннеля, а это в свою очередь будет вызывать напряжения и деформации во внутренней конструкции. Так как точно рассчитать изменение формы сечения внешней оболочки практически невозможно, то это вызовет необоснованное усиление внутренней конструкции тоннеля второго яруса, а в ряде случаев увеличения диаметра тоннеля с и последующим удорожанием обеих конструкций.
- Рассматриваемая конструкция не позволяет обеспечить вентиляционные и эвакуационные каналы вдоль тоннеля и обуславливает требование проходки дополнительного сервисного тоннеля и лестничных маршей за пределами тоннеля для эвакуации и вентиляции, понижающих надежность конструкции, в особенности в слабых и водонасыщенных грунтах последующим удорожанием внутренней конструкции и конструкции внешней оболочки.
Задачей полезной модели является создание конструкции транспортного тоннеля надежного и эффективного в эксплуатации.
Техническим результатом, на который направлено создание транспортного тоннеля, является повышение надежности конструкции за счет исключения нагрузки на внешнюю оболочку тоннеля от веса перекрытия, так как транспортные нагрузки вышележащего яруса передаются посредством вертикальных опор на несущие конструкции нижележащего яруса.
Разработанная конструкция транспортного тоннеля позволяет исключить строительство внешних по отношения к транспортному тоннелю конструкций, которые вызывают дополнительные проблемы, связанные с обеспечением надежного соединения и герметизации внешних конструкций, а также усиления конструкции транспортного тоннеля вследствие проходки и эксплуатации близлежащего сервисного тоннеля, тогда как внутренне пространство в разработанной полезной модели обеспечивает все элементы жизнеобеспечения тоннеля.
В этом случае, изменение формы тоннеля, связанное с горным давлением, не передает никаких нагрузок на внутреннюю конструкцию. В свою очередь все нагрузки от веса внутренней конструкции и транспортные нагрузки передаются только на конструкцию нижележащего яруса, а затем только как сжимающие нагрузки передаются на нижнюю часть тоннеля как на фундаментную плиту. При этом за счет того, что нижняя часть тоннеля претерпевает очень маленькие однонаправленные по сравнению с боковыми частями деформации, устройство фундаментной плиты для всей внутренней конструкции тоннеля не вызывает дифференциальные деформации сегментов и повысит надежность всей конструкции.
Сущность полезной модели заключается в следующем.
Конструкция транспортного тоннеля для автодорожного и/или железнодорожного транспорта включает в себя наружную оболочку кругового поперечного сечения и внутреннюю конструкцию, выполненную в виде ярусов. По меньшей мере, один из вышележащих ярусов внутренней части тоннеля выполнен в виде несущей конструкции с шириной пролета соответствующей ширине проезжей части с дорожными бордюрами и служебными проходами или ширине железнодорожных путей со служебными проходами, а вертикальные опоры несущей конструкции вышележащего яруса расположены на несущей конструкции нижележащего яруса, обеспечивая передачу транспортных нагрузок и нагрузок от веса перекрытия вышележащего яруса на нижележащий, при этом эвакуационные и/или вентиляционные проходы расположены по обе стороны от боковых стен ярусов между указанными стенами и наружной оболочкой тоннеля.
На фиг.1 представлено схематическое изображение конструкции двухъярусного тоннеля в разрезе, где 1 - наружная оболочка тоннеля, 2 - внутренняя конструкция тоннеля, выполненная в виде 2-х ярусов, 3 - эвакуационные и/или вентиляционные проходы, 4 - несущая конструкция вышележащего яруса, 5 - вертикальные опоры несущей конструкции вышележащего яруса,. 6 - несущая конструкция нижележащего яруса, 7 - вертикальная ось тоннеля, 8 - ширина проезжей части, 9 - стена вышележащего яруса, 10 - пол эвакуационных и/или вентиляционных проходов, 11 - дорожные бордюры, 12 - служебные проходы, 13 - габариты приближения строений и оборудования верхних ярусов и 14 - габариты приближения строений и оборудования нижнего яруса.
На рисунке представлен вариант тоннеля, когда оба яруса используются для автомобильного транспорта, однако любой из ярусов представленной внутренней конструкции может быть использован как для автомобильного, так и для железнодорожного транспорта
Конструкция транспортного тоннеля для автодорожного или железнодорожного транспорта включает в себя наружную оболочку 1 и внутреннюю конструкцию (2). Тогда как внешняя оболочка тоннеля обычно представляет собой железобетонные блоки (сегменты) и устанавливается для обеспечения устойчивость выработанного пространства. Одним из способов устройства внешней конструкции оболочки является проходка тоннеле проходческим комплексом, имеющим международную аббревиатуру TBM-Tunnel Boring Machine. Вышеуказанные сегменты устанавливаются по мере проходки тоннеля для обеспечения устойчивости выработанного пространства. В то время как внутренняя конструкция устанавливается после установки внешней и представляет собой многоярусную пролетную конструкцию для обеспечения транспортных функций тоннеля.. В отличии от прототипа в предлагаемой конструкции транспортная плита второго вышележащего яруса внутренней конструкции тоннеля (2) выполнена в виде несущей конструкции (4) с шириной пролета только на ширину проезжей части или на ширину железнодорожных путей (8) с дорожными бордюрами (11) и со служебными проходами (12), а нагрузки от веса перекрытия и транспортные нагрузки вышележащего этажа передаются посредством вертикальных опор (5) на несущие конструкции нижележащего яруса (10). В этом случае, изменение формы тоннеля, связанное с горным давлением, не передает ни каких нагрузок на внутреннюю конструкцию. В свою очередь все нагрузки от веса внутренней конструкции и транспортные нагрузки передаются только на конструкцию нижележащего яруса, а затем только как сжимающие нагрузки передаются на нижнюю часть тоннеля как на фундаментную плиту. При этом за счет того, что нижняя часть тоннеля претерпевает очень маленькие однонаправленные по сравнению с боковыми частями деформации, устройство фундаментной плиты для всей внутренней конструкции тоннеля не вызывает дифференциальные деформации сегментов и повышает надежность всей конструкции. В то время как в боковых частях тоннеля за счет разности нагрузок в верхней и нижней частей конструкции создаются значительные деформации знакопеременного характера. Кроме того, величина горного давления имеет различную величину по его длине. Применение внутренней конструкции, оперяющуюся на внешнюю оболочку, обязывает изменять прочность внутренней конструкции в соответствии с изменяющимся горным давлением или применять неоправданно дорогую внутреннюю конструкцию, рассчитанную на максимально большие расчетные значения горного давления. В полезной модели нет передачи горного давления на внутренние конструкции, и поэтому она выполняется только из расчета транспортных нагрузок и сервисного обслуживания.
Сокращение пролета внутренней конструкции на ширину проезжей части или на ширину железнодорожных путей позволяет значительно облегчить и уменьшить геометрические размеры перекрытий ярусов внутренней конструкции тоннеля и за счет этого уменьшить затраты и повысить надежность конструкции
Кроме указанного выше, так как в предлагаемой конструкции тоннеля внутренняя конструкции тоннеля (2) выполнена в виде несущей конструкции (4) с шириной пролета только на ширину проезжей части или на ширину железнодорожных путей (8) с дорожными бордюрами (11) и со служебными проходами (12), а нагрузки от веса перекрытия и транспортные нагрузки вышележащего яруса передаются посредством вертикальных опор (5) на несущие конструкции нижележащего яруса (6) то благодаря этому обеспечивается установка всех систем жизнеобеспечения тоннеля и устройство эвакуационных и/или вентиляционных проходов (3) по обе стороны от боковых стен внутренней конструкции тоннеля, между ней и наружной конструкцией тоннеля без устройства дополнительного тоннеля и/или дополнительных сооружений за пределами внешней конструкции тоннеля. Таким образом, предлагаемая конструкция обеспечивает ее большую надежность и эффективность при использовании, а также позволяет исключить затраты на строительство дополнительного тоннеля.