Тоннели
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное
бюджетное образовательное
Высшего профессионального образования
«Самарский государственный
архитектурно-строительный университет»
(СГАСУ)
Кафедра: СМ и СМ
Курсовая работа
по материаловедению
На тему: Тоннели
Выполнил: студент гр. А-12 ФТГС.
Проверила: к.т.н. доцент
Шейна .Т .В
Самара 2012 г
Содержание
Введение…………………………………………………………
- Определение. Классификация……………………………………...
4 - Железнодорожные тоннели………………………………………4-6
- Подземные пешеходные переходы………………………………6-7
- Метрополитены. Основные сооружения и устройства
метрополитенов…………………………………………
- Автодорожные тоннели………………………………………...10-14
6.1 Тоннелепроходческие комплексы……………………………………..14-19
6.2 Поперечное сечение,
6.3 Строительные конструкции и материалы……………………………..20-21
- Гидроизоляция тоннельных обделок……………………………………...22
- Опалубка…………………………………………………………
………….22 - Возведение постоянной обделки тоннеля………………………………...23
- Электроосвещение автодорожного тоннеля…………………………..24-26
- Вентиляция……………………………………………………
…………26-29 - Водоотвод и специальное оборудование………………………………29-32
6.10Обеспечение пожарной безопасности в тоннелях……………………32-33
6.11 Руководство по техническому диагностированию
автодорожных тонне
лей………………………………………………………………………
6.12 Основные виды воздействия автодорожных
тоннелей на окружающую
среду…………………………………………………………………
6.13Инженерные системы необходимые для
нормального функционирования автодорожного
тоннеля……………………………………………………………
6.14 Автоматизированные системы управления
автодорожного тоннеля и комплексная
диспетчеризация………………………………………
Заключение……………………………………………………
Список литературы…………………………………
Введение
Тоннелем называют горизонтальное
или наклонное подземное
В настоящее время роль тоннелей очень велика. Тоннели на путях сообщений служат для преодоления различных препятствий или для развития линии под землей с использованием ограниченного уклона. Применение транспортных тоннелей (железнодорожных, автодорожных, судоходных, пешеходных тоннелей, метрополитенов) позволяет преодолевать значительные препятствия (горные массивы, воду), сокращать длину трассы, увеличивать безопасность движения. Применение метрополитенов в городах позволяет снизить интенсивность наземного транспорта.
Сооружение тоннеля
2 Определение и классификация тоннелей
Тоннель – горизонтальное или наклонное искусственное подземное сооружение, предназначенное для транспорта, пропуска воды, размещения коммуникаций или производственных предприятий
По назначению тоннели делятся на семь групп:
- железнодорожные,
- автодорожные
- метрополитенов
- гидротехнические
- коммунальные
- горнопромышленные
- специальные
По местоположению тоннели подразделяют:
на горные (проложенные в горных районах – через хребты, водоразделы и отдельные возвышенности);
подводные (тоннели, сооружаемые под руслом водотока (или под другой водной преградой, например морским проливом), для пропуска транспортных средств и размещения инженерных коммуникаций);
равнинные, или городские (например, тоннели метрополитенов).
Глубина заложения тоннеля, его длина, расположение, форма поперечного сечения зависят от назначения тоннеля, топографических, геологических и климатических условий. Продольный профиль тоннеля может быть одно- и двускатным (с уклоном в обе стороны от середины тоннеля).
3 Железнодорожные тоннели
Железнодорожный тоннель – тоннель на железной дороге, служащий для преодоления высотного или контурного препятствия: горного хребта, участка оползней, водотока.
Первый железнодорожный тоннель во Франции был построен в 1826-1829 гг. Марком Сегуином на линии Сент-Этьен-Лион. Предприятие казалось столь грандиозным, что на него устремил взоры весь мир. Работы были рассчитаны на двадцать пять лет (рисунок 1). Однако применение вновь изобретённых буровых инструментов и новых взрывчатых веществ позволило закончить все работы намного быстрее.
Рисунок 1 – Железнодорожный тоннель во Франции
Рисунок 2-“Пост из прошлого”: Так называемый “Тоннель любви” находится в местечке Клевань, Ровенская область, Украина. В теплое время года, когда распускаются в полную силу листья на деревьях, зеленое одеяние растущих рядом друг с другом деревьев образуют сказочный зеленый туннель вокруг километрового отрезка железной дороги.
Строительство тоннелей было сопряжено со значительными трудностями и большими расходами.
К 1860 г. было построено несколько довольно длинных тоннелей: пятикилометровый тоннель между городами Авиньон и Марсель (Marseilles); четырехкилометровый – вблизи Лиона; тоннель на железнодорожной линии Лион-Генф длиной почти 4 км; на линии Реймс-Небенстрек (Reims-Nebenstrecke) - длиной 3,6 км; через Апеннины между городами Турин (Turin) и Генуя (Genua) - длиной 3,2 км; на линии Париж-Страсбург (Strasbourg) - длиной 2,8 км; тоннель Ханстен (Hauenstein) Швецарской центральной дороги (Schweizer Central Bahn) длиной почти 2,4 км.
В последней четверти XIX в. началось строительство железных дорог в горных районах России, где почти на каждой трассе устраивались тоннели.
Рисунок 3- тонель через Хинганский хребет
Большое число тоннелей было
построено при прокладке
ных тоннелей, из которых тонель через Хинганский хребет имел длину 3077 м. На Кругобайкальской железной дороге длиной всего 260 км в 1902 г.
В 2010 г. был установлен новый рекорд длины - в Швейцарии новый тоннель пролег под перевалом Сен-Готард, через который 211 лет назад войска под командованием русского полководца Александра Суворова совершили свой знаменитый переход через Альпы. Длина тоннеля составляет 57 км. Такой фантастический прорыв был достигнут благодаря современным технологиям. Преодоление гигантской буровой машиной, весом 3000 т и длинной 400 м, последних полутора метров горной породы сопровождалось шумной праздничной церемонией и транслировалось в прямом эфире швейцарским телевидением.
Рисунок 4- В Швейцарии построили длиннейший в мире, – 56,97 км, — железнодорожный тоннель
4.Подземные пешеходные переходы
Подземный пешеходный переход
- тоннель для безопасного
Подземный пешеходный переход обычно состоит из собственно тоннеля под проезжей частью и ведущих к нему ступеней, расположенных на пешеходных дорожках. Часто ступеньки оборудованы наклонными дорожками для спуска велосипедов и детских колясок.
В Советском Союзе подземные пешеходные переходы имели чисто функциональное значение, а после распада СССР в них стали появляться рекламные щиты, строиться магазины. Некоторые особенно крупные подземные переходы даже были преобразованы в торговые центры. Входы в такие подземные пешеходные переходы обычно закрываются на ночь.
Заброшенные и недостроенные подземные переходы часто являются объектом интереса диггеров.
Рисунок 5-Подземный пешеходный переход в Москве
По замыслу градостроителей
в некоторые места можно
Иоханнеса Хунтенмюллера. Эти подземные пешеходные переходы являются излюбленным местом тех, кто хочет оставить о себе память в Берлине. Их стены густо исписаны автографами туристов из разных стран.
Рисунок 6-подземный пешеходный переход в Монако
Ещё один интересный переход есть в Симферополе под Рыночной площадью. Все его туннели сходятся на открытой подземной площади, на которой стоят киоски. Аналогичный переход находится в Киеве, под Севастопольской площадью.
Строительство подземных пешеходных переходов началось в СССР, как и в других странах мира, из-за растущей нагрузки на наземные магистрали, в связи с которой сооружение подземных пешеходных переходов было предпочтительнее, чем наземных, а также в связи с развитием метрополитена.
Подземные пешеходные переходы имеют ряд преимуществ перед надземными: они не нарушают архитектурного облика улицы и прилегающей застройки, а также могут использоваться под размещение сопутствующей инфраструктуры газетных киосков, палаток фастфуда, телефонов и др. Кроме того, они более удобны для пешеходов.
5.Метрополитены. Основные сооружения и устройства метрополитенов
Наиболее эффективным видом транспорта для крупных городов является метрополитен - скоростная городская внеуличная железная дорога с курсирующими на ней маршрутными поездами для перевозки пассажиров.
Метрополитеном называют вид городского скоростного внеуличного железнодорожного транспорта, линии которого прокладываются в подземных тоннелях, по поверхности земли и на эстакадах. От других видов городского пассажирского транспорта метрополитен отличается высокой скоростью и регулярностью движения маршрутных поездов, а также большой провозной способностью.
Линии метрополитена разделены на блок-участки и оборудованы системами автоблокировки и автоматического регулирования скоростей. Это обеспечивает безопасность следования нескольких поездов по одному межстанционному перегону с высокими скоростями (на отдельных участках до 100 км/ч) при коротких интервалах движения (до 1,5-2 мин).
Линии метрополитенов (или их отдельные участки) бывают (рисунок 3):
- подземные, прокладываемые в тоннелях, на мелком (10-15 м) от поверхности земли или глубоком заложении;
- надземные, устраиваемые на специальных эстакадах или путепроводах, сооружаемых над улицами;
- наземные, проходящие по насыпям или выемкам и не
имеющие пересечения в одном уровне с городскими магистралями.
Рисунок 7 – Схема способов сооружения метрополитена:
1 и 2 - перегонные тоннели и станция глубокого заложения, сооружаемые закрытым способом; 3 и 5 - станции мелкого заложения, сооружаемые открытым способом, 4 - перегонные тоннели мелкого заложения, сооружаемые закрытым способом; 6 - перегонные тоннели мелкого заложения, сооружаемые открытым способом
Рисунок 8 – Схема расположения сооружений на участке линии метрополитена:
1 - тупик; 2 - камеры съезда на глубоком заложении; 3 - станция метрополитена глубокого заложения; 4 - наклонный эскалаторный тоннель; 5 - наземный вестибюль станции; 6 - санузел с дренажной перекачкой; 7 - перегонные тоннели; 8 - подземный вестибюль станции мелкого заложения; 9 - станция мелкого заложения; 10 - подуличные переходы с лестничными сходами и входами в вестибюль; 11 - камера съезда за станцией на мелком заложении; 12 - участки перехода перегонных тоннелей от мелкого заложения к выходу на поверхность; 1З - выходные пути из тоннелей; 14 - деповские пути на поверхности; 15 - депо метрополитена; 16 - вентиляционные сбойки; 17 - вентиляционный (подходный) тоннель; 18 - вентиляционный (рабочий) ствол
По эксплуатационным особенностям и расположению на линии метро, станции делят:
- на промежуточные,
пересадочные (предназначенные для пересадки пассажиров с одной линии на другую),
- зонные (те, на которых заканчивается движение поездов в пределах определенного участка зоны – линии метро);
- конечные (те, которыми заканчиваются линии).
По расположению и числу платформ станции делят на три типа:
- одноплатформенные (с одной островной, т. е. средней платформой);
- двухплатформенные (с двумя боковыми платформами);
- трехплатформенные (со средней - островной - и двумя боковыми платформами).
Вентиляция метрополитена обеспечивает санитарно-гигиенические условия, нормальные для пребывания пассажиров в тоннелях метрополитена. Система вентиляции обеспечивает необходимый воздухообмен, чистоту воздуха, его влажность и температуру. В тоннели чистый воздух поступает через специальные вентиляционные стволы, или шахты; камеры для размещения вентиляторов располагают на перегонах между станциями и на самих станциях.
Для управления движением
поездов, обеспечения безопасности
и высокой пропускной и провозной
способности предназначены
Все технические службы метрополитенов, включая подвижной состав, оборудованы телефонной или радио- и громкоговорящей связью.
Рисунок 9-Метрополитен в Стокгольме
Рисунок 10-Метрополитен Рисунок 11-Метрополитен г. Москва
г. Санкт-Петербург
6.Автодорожные тоннели
Известно, что строительство
тоннелей ведет свое начало с древнейших
времен. Тогда это были сооружения
для водоснабжения или
Самые первые из них: тоннель Вашингтон Стрит в г. Чикаго, США, строительство которого было завершено в 1870 г., тоннель Блэквелл под Темзой в Лондоне был построен в 1897 г. Другой британский тоннель Розерит, также под Темзой, был построен в 1908 г.
Развитие массового
С тех пор тоннелей для автотранспорта во всех странах построено настолько много, что их легче всего классифицировать по протяженности. По состоянию на начало XXI в. список самых длинных автодорожных тоннелей мира включал следующее:
24,500
16,918
13,972
12,901
11,600
11,400
11,090
2001 1991 1980 1980 1971 1965 ¾
Лаердал, Норвегия
Сен-Готард, Альпы, Швейцария
Арльберг, Австрия
Фрежюс, Альпы, Франция
Монблан, Альпы, Италия/Франция
Канэтцу, Япония
Автодорожные тоннели - неотъемлемая часть современных мегаполисов - от Москвы до Нью-Йорка. Их использование помогает не только разгрузить наземные магистрали, сократив их протяженность, но и повысить защищенность автодорог от воздействия природных факторов. Большое значение при этом имеет создание под землей необходимых для работы и пребывания людей параметров воздушной среды. Проектировщику необходимо также принять меры для предотвращения вредного влияния самих подземных сооружений на окружающую их местность.
Строительство автодорожного тоннеля началось в XX в. с развитием автомобильного транспорта и сети автомобильных дорог.
Автодорожные тоннели сооружают для 2-, 3-, 4-, 6- и 8-полосного движения автотранспорта в одном, иногда в двух ярусах. В зависимости от глубины заложения тоннельной конструкции от поверхности земли или воды различают автодорожные тоннели глубокого (более 10-12 м) и мелкого (менее 10-12 м) заложений.
Рисунок 12- Автодорожный Тоннель Сен-Готард.
В плане автодорожных тоннелей могут располагаться на прямых и криволинейных участках; в последнем случае минимально допустимый радиус кривизны 400-250 м. Продольный профиль автодорожного тоннеля имеет односкатное и двускатное выпуклое (горные автодорожные тоннели) или вогнутое (подводные и городские автодорожные тоннели) очертания. Максимальный продольный уклон проезжей части автодорожные тоннели 40 ‰ (в особых случаях 60 ‰), минимальный - 3 ‰. В соответствии с инженерно-геологическими условиями и способом производства работ автодорожные тоннели имеют сводчатое, круговое или прямоугольное очертания.
Рисунок 13-Эйксуннский автодорожный тоннель
Размеры поперечного сечения автодорожных тоннелей выбирают с учётом габаритов приближения строений и оборудования (ГОСТ 24451-80) и размещения эксплуатационных устройств. Наибо лее распространённые способы строительства автодорожных тоннелей:
в горах - горный с применением буровзрывных работ или тоннеле проходческих машин и щитовой;
под водой - щитовой или опускных секций;
в городах - преимущественно открытый способ работ. В определённых условиях применяют способ проходки продавливанием, химическое закрепление и искусственное замораживание грунтов, водопонижение и др.
Обделки автодорожных тоннелей выполняют из бетона, железобетона, чугуна или стали; обделки сводчатого очертания - чаще всего из монолитного или набрызг-бетона в виде пологого или подъёмистого свода, опирающегося на породу, и замкнутого очертания с обратным сводом (рисунок 8а). Круговые обделки собирают из отдельных железобетонных или металлических элементов сплошного или ребристого сечения - блоков или тюбингов, соединяемых между собой болтами, фиксаторами, сваркой арматурных выпусков и др.
Рисунок 14-Кутузовский автодорожный тоннель
Обделки прямоугольного очертания выполняют в виде рамных конструкций из монолитного или сборного железобетона (рисунок 4в). В местах въездов и выездов горных автодорожных тоннелей устраивают несущую и ограждающую подпорную конструкции - портал, который обеспечивает устойчивость откосов подходной выемки и архитектурно оформляет тоннель. Подъездные участки городских и подводных автодорожных тоннелей в большинстве случаев выполняют в виде рамкоконструкций переменной по длине высоты.
Все автодорожные тоннели
оборудуют системами и
Рисунок 15- Российскому премьеру Владимиру Путину презентуют сегодня проект Орловского автодорожного тоннеля, строительство которого планируется начать под рекой Невой в Петербурге в ближайшее время. Общая длина тоннеля, согласно проектной документации, составит 1,7 км, а диаметр — 12,4 м
6.1 Тоннелепроходческие комплексы
История проходческих щитов началась в позапрошлом веке в Англии. Первый щит был построен инженером Брюнелем для прокладки тоннеля под Темзой.
Чтобы понять устройство современных щитовых проходческих комплексов, сначала разберемся, откуда пришло само понятие "щит", ведь с рыцарским доспехом то, что мы видим на фотографиях, не имеет ничего общего . Щитом (от англ. "shield") это устройство стали называть потому, что основной задачей была защита проходчиков в забое от обрушения породы на коротком участке между забоем и местом, где постоянная обделка тоннеля уже готова. Постепенно, конструкции щитов усложнялись - от просто замкнутой стальной конструкции (кстати, первые щиты вовсе не были круглыми), до современных сложнейших тоннелепроходческих комплексов.
На первых щитах грунт в забое выбирался рабочими вручную с помощью лопаты, кирки, позже отбойного молотка, и удалялся через построенный тоннель на вагонетках. Для продвижения щита вперед использовались винтовые домкраты, которые упирались в готовый участок тоннельной обделки и толкали щит вперед. Впоследствии, вместо винтовых домкратов стали применяться гидравлические. Это был уже колоссальный шаг вперед, значительно повысивший скорость проходки. Мощные домкраты и сейчас остаются одним из основных узлов современных проходческих комплексов. Следующим шагом стало почти повсеместное использование сборной обделки из крупных элементов - первоначально - чугунных тюбингов. Такая конструкция обделки обладает рядом замечательных качеств - помимо способности выдерживать гигантское давление и герметичности, немаловажным является именно возможность сборки кольца из небольшого количества крупных элементов. Использование механизмов, позволяющих сразу устанавливать тюбинги в требуемое положение (тюбингоукладчиков), значительно повысило скорость возведения обделки.
Рисунок 16 - Проходческий щит-гигант диаметром 15,2 метра используется для прокладки автотуннеля через центр Мадрида, проходит за сутки до 22 метров. Тоннель длиной 3650 метров должен избавить столицу Испании от пробок. Компания “Херренкнехт АГ” (Германия) производит тоннелепроходческую технику для прокладки тоннелей различного назначения в любых гидрогеологических условиях. По всему миру продано более 1000 микротоннелепроходческих установок Herrenknecht диаметром до 4,2 м, а также около 350 тоннелепроходческих комплексов диаметром более 4,2 м. В Москве эксплуатируется около 35 микротоннелепроходческих установок компании “Херренкнехт АГ” диаметром от 400 до 2 000 мм, а также ~15 установок в других городах России. Кстати, в Москве на строительстве двухъярусного Серебряноборского тоннеля работает немецкий проходческий щит Herrenknecht S-250 диаметром 14,2 м.
О компании Херренкнехт АГ” (Германия)
Наши тоннелепроходческие комплексы и оборудование редко бывают на поверхности. Повсюду, где механизированным способом сооружаются тоннели, работают тоннелепроходческие комплексы и оборудование компании Herrenknecht AG. Наши машины могут работать в любых геологических условиях и любым из существующих механизированных способов прокладки тоннелей. Мы разрабатываем, собираем и поставляем тоннелепроходческие комплексы диаметром от 0,1 до 19 метров.
Выбор оборудования компании Herrenknecht AG действительно широкий. Будь то установки для горизонтального направленного или вертикального бурения, машины для прокладки инженерных коммуникаций или строительства транспортных тоннелей — у нас имеются достойные решения самых разных задач. Мы не просто поставляем тоннелепроходческие комплексы, а разрабатываем решения для реализации конкретных проектов и предоставляем полный набор сервисных услуг. Мы придерживаемся командного принципа работы, что наряду с многолетним опытом позволяет нам уверенно работать с нашими заказчиками и партнерами.
В водонасыщенных грунтах работа зачастую шла с применением кессона. Тоннель позади щита перегораживался герметичной переборкой, устанавливался шлюз для прохода людей к забою. Компрессором в забой нагнетался сжатый воздух. Повышенное до нескольких атмосфер давление позволяло буквально отжимать воду в глубину породы и исключало ее поступление в забой. Однако работа проходчиков при высоком давлении накладывала серьезные ограничения - продолжительность смены была не более 2-х часов, потом проводилось длительное шлюзование. Часто у строителей возникала кессонная болезнь, требовавшая многочасового нахождения в барокамере.
Так как размеры тоннелей все время росли, в передней части щита появились горизонтальные площадки, которые позволили рабочим разрабатывать грунт одновременно с двух (а иногда и более) ярусов. Однако скорость проходки все равно была очень невысокой из-за большого количества ручного труда, стесненности пространства, нередких аварий, выбросов породы и прорывов грунтовых вод в забой. Первый в СССР проходческий щит работал при строительстве тоннеля на перегоне "Площадь Дзержинского" ("Лубянка") - "Охотный ряд". Там впервые в мире была применена сборная бетонная обделка. При строительстве второй очереди на трассах одновременно работало 42 щита - это абсолютный мировой рекорд. Щитовыми комплексами большого диаметра строились и станционные тоннели.