Применение опускных (заводных) секций
|
Способ опускных (заводных) секций, применяемый при сооружении подводных тоннелей, следует рассматривать как дальнейшее развитие индустриального способа возведения тоннелей. Возведение подводных тоннелей с применением опускных секций длиной до 140 м представляет сравнительно молодую и весьма прогрессирующую отрасль, ставшую возможной благодаря высокому развитию строительной техники, машиностроения, электроники и судостроения, участвующих в сооружении транспортных тоннелей. В настоящее время применяют способы двух основных разновидностей возведения автодорожных тоннелей при помощи опускных секций. Одна разновидность пригодна для сооружения тоннелей кругового или восьмигранного очертания со стальной облицовкой (США). Стальной водонепроницаемый корпус секций таких тоннелей, усиленный ребрами, изготовляют на верфи и опускают на воду с последующим бетонированием, буксированием на плаву к месту опускания. Другая разновидность применима для сооружения тоннелей прямоугольного поперечного сечения рамного типа. Опускные секции изготовляют в сухих доках, а также в оборудованных особым образом котлованах. При этом секции бетонируют в стальной оболочке или изолируют после бетонирования. Перспективны также многоочковые поперечные сечения тоннелей для автомобильного и железнодорожного скоростного транспорта, возводимые способом опускных секций. Круговое поперечное сечение в виде опускных секций особенно благоприятно для тоннелей в статическом отношении, так как в них не возникает больших изгибающих моментов, а увеличивающаяся глубина погружения вызывает лишь повышение напряжения сжатия в железобетонной трубчатой конструкции секции. Несущий материал тоннелей кругового очертания — это прежде всего бетон секций, усиленных стальным листом, используемым в качестве оболочки, и ребрами жесткости. Для обеспечения плавучести секций кругового очертания подбирают их собственный вес и дополнительный балласт с таким расчетом, чтобы избыточный вес составлял перед погружением 2—3%, а после — 8—11%. Плавучесть секций прямоугольного поперечного сечения обеспечивают дополнительными мерами по уменьшению собственного веса, например, предварительным напряжением, позволяющим уменьшить размеры рабочих сечений конструкции. Хотя нагрузка на тоннель состоит из собственного веса, вертикального и горизонтального давления засыпки и воды, но при обычном расположении тоннелей, сооружаемых при помощи опускных секций на 20—30 м ниже уровня воды и толщине засыпки над ними 1,5 м, в качестве основных нагрузок при расчете принимают собственный вес и гидравлическое давление. Секции буксируют по воде к месту погружения к заблаговременно устроенной выемке, подготовленной подводным землечерпанием. Дно выемки предварительно выравнивают устройством массивной бетонной подушки, иногда усиливаемой арматурой, а в случае особенно слабого основания — опираемой на железобетонные сваи. Глубину выемки назначают так, чтобы секция, опущенная на эту подушку и защищенная сверху от механических повреждений, не выступала над дном водоема; откосы задают с учетом свойств грунтов и скорости течения воды. Секции погружают затоплением водой внутреннего пространства будущего тоннеля. Опущенные на дно выемки секции заводят концами одна в другую, для чего каждую из них снабжают с одной стороны раструбом. Для соединения секций предусматривают устройства, например, стальные проушины у одного конца, у другого — соответствующие стальные болты. При опускании новой секции ее конец заводят в раструб уже установленной секции, а болты совмещают с проушинами предыдущей и закрепляют чеками. При этом происходит обжатие двух упругих резиновых колец, располагаемых в раструбе, чем обеспечивают полную водонепроницаемость стыка. Кольцевой зазор между стыкуемыми секциями заполняют цементным раствором. Для облегчения подвижек секции во время стыкования служат воздушные баллоны, увеличивающие плавучесть секции. Стыкование осуществляют водолазы, после того как пространство между стенками понтона и внутренней металлической оболочки будет заполнено пластичной бетонной смесью, подаваемой под давлением до 10 ати от бетоноустановок, расположенных на вспомогательных судах. После соединения всех секций водонепроницаемыми стыками откачивают воду из внутреннего пространства тоннеля, разбирают торцовые стены секций и сооружают несущую железобетонную обделку внутри тонкостенной металлической оболочки, играющей роль изоляции. В некоторых случаях заполнение отсеков каркаса бетонной смесью и даже бетонирование несущей железобетонной обделки тоннеля производилось в сухом доке или на плаву с последующим буксированием на место погружения готовых секций тоннеля.  В качестве примера сооружения тоннеля подобным способом может быть приведен подводный автодорожный тоннель Хамптон (Южная Виргиния) длиной 2100 м (рис. IX.12). Его конструкция состоит из 23 плавучих секций, опускаемых на заранее подготовленное дно реки. Трубчатые стальные (толщиной 8 мм) элементы длиной 9 м и диаметром 9,5 м, закрытые с обоих концов, были превращены на плаву в тоннельные водонепроницаемые секции. Каждую трубу помещали а стальной корытообразный корпус. Пространство между этим корпусом и трубой заполняли бетоном в четыре приема, соответствующих четырем периодам — спуск секции на воду, до начала опускания, во время него и после соединения секций. Опускали секции поочередно через каждые две недели при помощи двух понтонов. Между собой секции скрепляли при помощи боковых соединительных устройств, требовавших постановки (с участием водолаза) болтов в проушины, помещенные на муфте-раструбе (рис. IX.13) и заведения боковых замыкающих листов. Пространство, остающееся в соединении, заполняли бетоном. Готовый тоннель засыпали грунтом толщиной до 1,5 м.  Тоннели прямоугольного сечения имеют значительно большую полезную ширину (до 40 м). Их секции изготовляют в особых котлованах или сухих доках. Материалом служит слабоармированный бетон при двух проезжих частях в одном сечении и предварительно напряженный железобетон при более широких секциях. Уплотнительную облицовку таких секций выполняют как из стали, так и из битума и стеклоткани. Примером может служить автодорожный тоннель под р. Эй в Амстердаме (рис. IX.14). Его поперечное сечение выполнено прямоугольным со скосом на нижней части стен. Для предотвращения опасности повреждения оснований и стен секции на этих участках сечения применена оболочка из 6-миллимого стального листа, защищенного от коррозии несколькими слоями эпоксидной смолы. Оболочка перекрытия состоит из нескольких слоев битумной изоляции, скрепленной с оболочкой стен при помощи двойного ряда прижимных планок. Разновидностью специальных способов является возведение подводных тоннелей открытым способом под защитой ограждающих дамб. Пример такого решения — строящийся автомобильный тоннель Вельзен в Нидерландах.  Автомобильный (рис. IX.15) и соседний с ним железнодорожный тоннели строили в открытой выемке шириною поверху 160 м, понизу 52 м и глубиной 26,4 м. Первоначально была возведена ограждающая дамба, под защитой которой была разработана выемка кругового очертания на глубину 26 м, окаймленная по периметру шпунтовым ограждением, усиленным пятью железобетонными кольцами. В основании этого котлована была изготовлена первая секция тоннеля. Одновременно велись работы по раскрытию выемки и сооружению остальных секций тоннеля, впоследствии соединяемых между собою. Вынимаемым грунтом засыпали готовую часть тоннельной конструкции. Бетонный корпус автомобильного подводного тоннеля имеет поперечное сечение прямоугольной формы (см. рис. IX.15). В поперечном сечении размещены обе транспортные части шириной 9,5 м. Между ними расположены вентиляционные каналы и канал для электрокабелей. Кроме того, по обеим сторонам предусмотрены также вентиляционные и запасные каналы для других целей. Наружная изоляция выполнена из двух слоев шерстяного и одного слоя асбестового войлока на асфальте и бетонной 12-сантимой подготовке. Подводный переход включает в себя собственно тоннель и две прилегающие к нему с обоих концов рампы корытообразного профиля.  Для бетонирования конструкции подводного тоннеля применяют подвижную стальную опалубку. Для опускания секций обычно используют плавучие краны грузоподъемностью 50 т, специальные баржи и дополнительные опоры с полиспастами. Секции перемещают на плаву к месту установки при помощи четырех буксиров (по 2 спереди и сзади). Установку (рис. IX.16) и бетонирование секций после их опускания контролируют водолазы. При интенсивном судоходстве плавучие опускные средства заменяют свайными опорами или анкерами, забиваемыми в дно реки, на которых располагают опорные балки с присоединенными к ним полиспастами. Прямоугольные тоннельные секции опирают на песчаное основание со специальными устройствами. Одно из таких устройств, примененное на постройке тоннеля под р. Маас, имеет трубы — одну для подачи песка и две для отсоса воды из-под секции тоннеля, опущенной вместе с опорными плитами. Плиты были установлены в вертикальном и горизойтальном направлениях с точностью до ±3 мм при помощи домкратов, управляемых изнутри секции. Бункер с песком находился на плаву рядом с краном, расположенным на опущенной секции. Имеются примеры установки секций на опускные колодцы с песочницами. После намыва песка под тоннельную секцию песочницу размывали, и тоннель опускался на песчаное основание. Опорой секций может служить свайное основание. Бетонные сваи диаметром 50 см располагают вдоль тоннеля через 3 м и поперек через 6—7 м. Секции опускают на бетонные плиты свайного ростверка, покрытые стальными листами с заполнением швов битумом. Секции связывают с плитой анкерами. В случае больших водных преград в виде морских проливов при значительной глубине воды или глубоком залегании несущих грунтов, благоприятных геологических условиях, значительном протяжении перехода, а также при точно установленной глубине осадки судов возможно сооружение подводных тоннелей-мостов (рис. IX. 17). При переходе пути сообщения через водную преграду в условиях поддержания непрерывного судоходства сначала устанавливают береговые секции на бетонных фундаментах в открытых котлованах.  Опоры тоннеля-моста могут быть сооружены любым известным способом (под защитой шпунтового ограждения, с применением опускных колодцев и наплавных кессонов, в виде высоких свайных ростверков и т. п.). Монтаж основной конструкции тоннеля-моста (см. рис. IX.17) начинают с установки на подводные опоры инвентарных стальных подмостей с временными вертикальными направляющими для опускания доставленных на плаву железобетонных секций. В случае возведения многоочковых тоннелей-мостов их смежные части соединяют в пределах пролета при помощи наружного железобетонного кольца, а всю объединенную секцию располагают на общих подкладках. Для такой работы нужны водолазы и вспомогательные суда. |
