ПОДВОДНАЯ ТРАНСПОРТНАЯ ТУННЕЛЬНАЯ СИСТЕМА МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ

Настоящая полезная модель относятся к гидротехническому строительству, а именно, к автодорожным транспортным системам, проложенным под руслом реки или под дном иной мелководной акватории. Предлагаемая полезная модель может быть выполнена независимо от рельефа дна и скорости течения при глубинах воды до 10 и более метров. По своим конструктивным особенностям предлагаемая подводная транспортная туннельная система быстрее сооружается и на входе в нее и на выходе из нее занимает меньшую площадь, по сравнению с такими туннелями более глубокого заложения под дном реки или иной акватории, особенно в условиях городской застройки.
Известны различные конструкции подводных туннельных систем, состоящих из отдельных предварительно изготовленных трубчатых туннельных секций. Для их прокладки используют различные способы.
Обычно трубчатые секции собирают на берегу, образуя из них соответствующие участки туннельной системы. Затем укладывают их на воду и доставляют с помощью плавучих средств к месту их укладки на несущее плато, возвышающееся над дном акватории. Для погружения участков транспортной туннельной системы используют соответствующие плавучие средства с грузоподъемными механизмами (Патент US 485983, опубл. 08.11.1892.).
Известна подводная транспортная туннельная система мелкого заложения, соединяющая берега акватории. Она содержит несущее плато, расположенное на сваях, утопленных в дно и возвышающие несущее плато над дном. расположенное на ее дне несущее плато, На этом плато последовательно соединены водонепроницаемые туннельные участки, образованные из последовательно соединенных трубчатых секций. Концевые туннельные участки вмонтированы в соответствующие берега и уходят от береговой линии в толщу воды навстречу друг другу, служа въездом в туннель и выездом из нее (Патент US 6450734, опубл. 17.09.2002).
Все эти подводные транспортные туннельные системы, включая и мелкого заложения, укладываются на несущее плато, возвышающееся над уровнем дна. Однако безопасность таких систем на случай аварийных ситуаций недостаточна. Такие подводные транспортные туннельные системы искажают уровень дна в акватории, при ледоходах создают повышенные риски для эксплуатации, ограничивают судоходство по руслу акватории, а также нарушают режим течений воды.
Последняя описанная известная конструкция подводной транспортной туннельной системы мелкого заложения выбирается в качестве прототипа, так как имеет наибольшее число существенных признаков, совпадающих с предлагаемой полезной моделью, имеет с ней
общую область применения и решает задачу, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель.
Задачей настоящей полезной модели является устранение недостатков прототипа и достижение следующих технических результатов:
- снизить стоимость сооружения туннеля и его эксплуатации, уменьшив занимаемую концевыми участками площадь на поверхности береговой зоны акватории.
- обеспечить экологическую безопасность, как при сооружении подводного туннеля, так и исключить изменения течения вод в акватории в зоне пролегания туннеля.
Поставленная задача решена. Для этого в известной подводной транспортной туннельной системе мелкого заложения, содержащей несущее плато, смонтированное под водой, и последовательно соединенные водонепроницаемые туннельные участки, образованные из последовательно соединенных секций, которые уложены на несущее плато, причем концевые участки вмонтированы в соответствующие берега и уходят от береговой линии в толщу воды навстречу друг другу, служа въездом в туннель и выездом из нее, СОГЛАСНО настоящей полезной модели, несущее плато уложено в предварительно вырытую в грунте дна акватории траншею, имеющую углубление ниже естественной поверхности дна, ограждающей несущую конструкцию соответствующего участка туннеля, уложенного на это плато, секции каждого участка туннеля в поперечном сечении имеют прямоугольную форму и сверху загружены балластом, создающим ей отрицательную плавучесть, и грунт засыпки каждой секции, сформированный из грунта вырытой траншеи, при этом каждая секция с балластом, расположенным на ней, имеет объемную плотность больше плотности окружающего грунта, а
засыпанный поверх балласта и секции, соответственно, грунт не превышает естественного уровня дна до прокладки туннеля.
Есть вариант, по которому, предлагаемая подводная транспортная туннельная система мелкого заложения имеет концевые участки, образующие S - или Г - образные формы по своей траектории, причем концевые участки имеют в осевом продольном направлении требуемую форму, обеспечивающую их соединение в соответствующие фигуры, выходящие от береговой линии на прибрежные набережные или параллельные им транспортные линии, либо перпендикулярно урезу воды.
Есть вариант, по которому концевые участки предлагаемой туннельной системы с внешней стороны имеют шпунтовые ограждения, которые по высоте не превышают уровень дна, предшествующего помещению в траншею соответствующих участков туннеля.
Есть еще вариант, по которому на опорном плато уложены направляющие в виде бетонных полос, на которых установлены секции участков туннеля.
Есть вариант, по которому, под несущим плато уложена геоткань, которая выведена по бокам траншеи и свернута поверх балласта на каждой секции каждого участка.
Такое новое техническое решение всей своей совокупностью существенных признаков позволяет достичь следующих технических результатов:
- Снизить стоимость сооружения подводной транспортной туннельной системы за счет уменьшения площади занимаемой концевыми участками туннеля на поверхности береговой зоны акватории, что особенно важно в условиях городской застройки. Это обусловлено тем, что глубина залегания в дне акватории предлагаемого туннеля может не
превышать 10 метров, а его концевые участки могут сформировать S или Г - образные формы, которые имеют повороты и углы подъема на прибрежную набережную акватории соответствующие требованиям безопасности транспортного движения.
- Обеспечить экологическую безопасность, как при сооружении подводного туннеля, так и исключить изменения течения вод в акватории, что достигается как за счет соответствующего уровня заложения туннеля под дном акватории, так и за счет соответствующих входов и выходов из такого туннеля на прибрежную зону акватории.
- Повысить ее надежность, чему способствует прямоугольная форма секций, из которых собраны участки туннеля, балласт на этих секциях и объемная плотность секции с балластом, которая больше, чем объемная плотность окружающего их грунта. В результате, предлагаемый туннель в донном грунте занимает более устойчивое положение, чем туннель, собранный из трубчатых, круглой формы секций. Поэтому всевозможные подвижки донного грунта и изменения течений в акватории не окажут сильного влияние на функционирование предлагаемого туннеля.
По сравнению с прототипом предлагаемая полезная модель имеет существенные отличия. Они заключаются:
- в форме поперечного сечения каждой секции участка туннеля и в стабилизации его положения путем нагружения балластом и покрытия грунтом дна, сохраняя исходную экологическую обстановку в данном месте акватории;
- в форме входа и выхода туннеля на поверхность прибрежной полосы берегового окружения акватории;
Заявителем был проведен патентно-информационный поиск по данной теме, который показал, что заявляемая совокупность существенных
признаков не известна. Поэтому данная полезная модель может быть признана новой.
Практическая применимость поясняется ниже следующим описанием и чертежом, где:
Фиг.1 - подводная транспортная туннельная система мелкого заложения в разрезе;
Фиг.2 - подводная транспортная туннельная система мелкого заложения вид сверху;
Предлагаемая подводная транспортная туннельная система мелкого заложения (далее - туннель) 1 соединяет берега 2 акватории, например, реки 3. Туннель уложен на несущее плато. Оно образовано в траншее (на чертеже не показано), которую предварительно выкопали в дне акватории по трассе прокладки туннеля. Траншея имеет углубление ниже естественной поверхности дна, ограждающей несущую конструкцию соответствующего участка туннеля (Фиг.1) и в ней несущее плато создано путем засыпки гравия и его выравнивания. Возможна укладка на гравий бетонных плит. На них устанавливают секции, изготовленные, например, из бетона (на чертеже не показано). Концевые участки 4 и 5 туннеля 1 вмонтированы в соответствующие берега 2 и уходят от береговой линии в толщу воды навстречу друг другу. Эти концевые участки служат въездом в туннель и выездом из нее (Фиг.1 и 2). Туннель образован из соединенных водонепроницаемых туннельных участков, например, двух концевых и одного центрального. Эти участки образованы из последовательно соединенных секций. Секции каждого участка туннеля в поперечном сечении имеют прямоугольную форму и сверху загружены балластом, создающим им отрицательную плавучесть. Каждая секция с балластом имеет объемную плотность больше объемной плотности окружающего их грунта. Поверх балласта секции засыпаны грунтом, который вынут из дна
акватории при копании траншеи. При этом высота этого грунта не превышает естественного уровня дна, соответствующего уровню дна до прокладки в нем туннеля.
Подводная транспортная туннельная система мелкого заложения имеет концевые участки, образующие траекторию S - или Г- образные формы. Причем, секции, образующие эти концевые участки имеют в осевом продольном направлении требуемую форму, обеспечивающую их соединение в соответствующие фигуры, выходящие от береговой линии на прибрежные набережные или на параллельные им транспортные линии, либо перпендикулярно урезу воды. (Фиг.1, 2).
Как наилучший вариант, концевые участки предлагаемой туннельной системы с внешней стороны имеют шпунтовые ограждения (на чертеже не показано), которые по высоте не превышают уровень дна, предшествующий помещению в траншею соответствующих участков туннеля. Это обеспечивает им повышенную прочность, та как они при эксплуатации испытывают наибольшие нагрузки как от двигающегося через туннель транспорта, так от прибрежных волн и течений акватории.
На опорное плато могут быть уложены направляющие в виде бетонных полос (на чертеже не показано), на которых установлены секции участков туннеля. Эти полосы облегчают процесс выравнивания укладки секции на плато и процесс их последовательного соединения. Кроме того, под несущим плато может быть размещена геоткань, которую целесообразно вывести по бокам траншеи на балласт секций и на нем закрепить (на чертеже не показана). Это еще больше повысит надежность конструкции предлагаемого туннеля и позволит быстрее восстановить растительный покров дна. Геоткань будет препятствовать вымыванию балласта и проникновения в него донного грунта, а также удерживать на балласте часть грунта.
Необходимо отметить, что соединения секций в последовательную нитку может быть выполнено любым известным способом, особенно, если эти соединения выполняются в открытой траншее и укладка секций осуществляется сухим способом. В этом случае все необходимые материалы и инструменты, а также соединительные узлы и детали доставляются с судна с помощью крана (на чертеже не показано).
Вариант сооружения такого подводного транспортного туннеля может быть осуществлен сухим способом, например, с помощью следующего изобретения «Способ возведения тоннеля мелкого заложения на дне акватории» (см. Патент РФ №2252300, E02D 29/063, Е02В 17/00, опубл. 2005.05.20). Им предусмотрено образование временного гидротехнического ограждения по периметру замкнутого в плане участка дна. Удаление воды из огражденного пространства и выполнение внутри него строительных работ сухим способом с последующим демонтажем гидротехнического ограждения. Особенностью этого известного способа является то, что первоначально изготавливают единое с управляемой плавучестью гидротехническое ограждение без донной части, например, в виде дока (на чертеже не показано). Потом его транспортируют и выводят на трассу туннеля и притапливают до дна путем уменьшения его плавучести. Фиксируют на дне с помощью фиксаторов и системы якорей. При этом верхнюю часть гидротехнического ограждения, размещенную над уровнем воды, выравнивают по горизонту и размещают на ней крановое оборудование и площадки для временного складирования строительных материалов, Затем возводят шпунтовые стенки внутри огражденного пространства. Потом удаляют воду из огражденного пространства, разрабатывают донный грунт путем отрывки траншеи, а затем создают несущее свайное плато туннеля, на котором размещают сборные или монолитные железобетонные секции туннеля. После проведения работ внутри огражденного пространства гидротехническому
ограждению создают дополнительную отрицательную плавучесть за счет формирования дополнительного слоя дорожного полотна.
Возможен и другой, но уже не сухой способ прокладки предлагаемого туннеля, (Патент РФ №2098562, E02D 29/07, опубл. 1997.12.10). При его реализации необходимо в грунте дна выкопать траншею соответствующей закладке требуемого туннеля. Сам же туннель укладывать по указанному известному способу, сущность которого следующая. На плавучем средстве бетонируют отдельные секции туннеля, соединяют их между собой водонепроницаемыми накладками с наружной и внутренней стороны секции с образованием в зоне торцов секций замкнутых полостей. Внутри этих полостей устраивают гибкие тяжи, соединяющие торцы смежных секций. После установки секций на дно водоема полости заполняют бетоном. В условиях возникновения в водоеме шторма торец верхней секции перекрывают водонепроницаемой диафрагмой, прикрепляют балластные емкости, соединяют трубопроводами с поплавками на поверхности. Возможен вариант с опусканием секций по опущенному на дно водоема наклонному мосту, состоящему из полых секций, при заполнении которых водой мост опускают на дно, а при заполнении воздухом поднимают его на поверхность. При этом необходимо подводой в траншее сформировать несущее плато, а после укладки на него туннеля засыпать его балластом а сверху - грунтом.
Очевидно, что предпочтительнее сухой способ сооружения предлагаемого туннеля, у которого может быть много различных вариантов реализации. Но их рассмотрение выходит за пределы заявляемой полезной модели.