Подводные транспортные туннели. Первый в мире плавучий подводный авто туннель может появиться в норвегии. Самые длинные тоннели в мире: подводное соединение между Японией и Южной Кореей

Самый длинный

Пока китайские инженеры строят 122-километровый подводный тоннель между городами Далянь и Яньтай (2016-2020 гг.), японский «Сэйкан» остается рекордсменом по протяженности среди подводных тоннелей мира. Он соединяет два крупных острова Японии (Хонсю и Хоккайдо) под водами Сангарского пролива. Реализация проекта длилась 42 года и обошлась в $3,6 млрд. В переводе с японского «Сэйкан» – «Величественное зрелище», его длина – почти 54 км, половина пути пролегает под водой. Тоннель снабжен мощнейшими насосами на случай стихии, которые способны откачать 16 т воды в минуту, датчиками колебания земли, а также убежищами.

Экспресс-инфо по стране

Земля находится на третьем месте по удаленности от Солнца и на пятом среди всех планет Солнечной системы по размеру.

Возраст – 4,54 млрд лет

Средний радиус – 6 378,2 км

Средняя окружность – 40 030,2 км

Площадь – 510 072 млн км² (29,1% суши и 70,9% воды)

Количество материков – 6: Евразия, Африка, Северная Америка, Южная Америка, Австралия и Антарктида

Количество океанов – 4: Атлантический, Тихий, Индийский, Северный Ледовитый

Население – 7,3 млрд чел. (50,4% мужчин и 49,6% женщин)

Самые густо населенные государства : Монако (18 678 чел./км 2), Сингапур (7607 чел./км 2) и Ватикан (1914 чел./км 2)

Количество стран : всего 252, независимых 195

Количество языков в мире – около 6 000

Количество официальных языков – 95; самые распространенные: английский (56 стран), французский (29 стран) и арабский (24 страны)

Количество национальностей – около 2 000

Климатические пояса : экваториальный, тропический, умеренный и арктический (основные) + субэкваториальный, субтропический и субарктический (переходные)

Самый старый

Самым старым подводным тоннелем является тоннель, который соединяет два берега Темзы в Лондоне. Открыт он был в 1843 году, приковав к себе внимание 50 тыс. лондонцев. Подводная коммуникация имела длину 459 м. Но из-за отсутствия финансирования данный тоннель грузовым так и не стал, зато желающих пройтись под водой было достаточно. Здесь открыли ярмарку, торговые галереи и даже подводный бордель. Но через некоторое время тоннель был заброшен и на протяжении 145 лет сюда редко кто заглядывал. Но недавно местные власти решили возродить его. Теперь в тоннеле проводят экскурсии.

usolt.livejournal.com_temza

Самый глубокий

«Мармарай» – тоннель, соединяющий Европу с Азией, проложен под проливом Босфор. Идея его создания возникла у османского султана Абдула-Гамида еще в 1860 году. Реализовали же проект в 2013-м, приурочив открытие тоннеля к Национальному дню Турции. Его длина составляет 13,6 км, здесь три подземные станции и 37 наземных. Глубина «Мармарая» – 60 м. Дневной пассажиропоток – 1,5 млн человек. Система безопасности тоннеля способна выдержать землетрясение в 9 баллов по шкале Рихтера. Кстати, при его строительстве было найдено 40 тыс. археологических артефактов.

Самый развлекательный

Города Кавасаки и Кисарадзу в Японии соединяет автомобильный тоннель и мост через Токийский залив. «Аквалайн» стал удачной и безопасной комбинацией. Протяженность подводного тоннеля – 9,6 км, а длина автомобильного моста – 4,4 км. Также здесь созданы два искусственных острова, где расположен целый развлекательный комплекс, напоминающий пассажирский лайнер. На острове парковка на 480 авто, рестораны, обзорные площадки, а также всевозможные сувенирные магазины.

Самый известный

Это, конечно же, тоннель под Ла-Маншем, соединяющий континентальную Европу с Великобританией. «Евротоннель» был отрыт в 1994 году и стал символом объединения Европы. Здесь три тоннеля: два для поездов и один резервный. Длина «Евротоннеля» – 51 км. Поезда, курсирующие под Ла-Маншем, способны развивать скорость до 350 км/ч. Интересно, что англичане копали тоннель быстрее французов (на 15 км), а из образовавшейся земли создали рукотворный мыс Шекспира.

Подводные тоннели в качестве транспортных тоннелей и пере­ходов широко используют в крупных городах для преодоления судоходных рек, каналов и заливов. Основные преимущества строительства подводных тоннелей по сравнению с мостовым переходом водных преград заключаются в следующем: не на­рушается бытовой режим водотока, они не препятствуют судо­ходству и работе существующих береговых сооружений (при­стани, причалы и т. п.). Особо большие преимущества подвод­ные тоннели имеют, когда по реке или каналу проходят крупно­тоннажные судна, что вызывает необходимость при мостовом варианте иметь большую высоту и длину пролетных строений моста, а следовательно, и мощные опоры, что в свою очередь приводит к значительному увеличению стоимости мостового пе­рехода в целом.

Выбор тоннельного или мостового вариантов должен ре­шаться на основании учета всей совокупности факторов - тех­нических, эксплуатационных и экономических.

Строительство подводных тоннелей осуществляют следую­щим образом.

Основным элементом подводного тоннеля являются опуск­ные секции, которые в основном применяют круговой или пря­моугольной формы. Опускная секция круговой формы сечения (рис. 3, а) обычно имеет обделку, включающую стальную оболочку, внутри которой располагается железобетонная крепь. Толщина опускной секции круговой формы изменяется в преде­лах 0,5-0,7 м.

Опускные секции прямоугольной формы изготовляют из мо­нолитного железобетона. В зависимости от пропускной способ­ности тоннеля опускные секции имеют различное число отсе­ков. Они могут быть однопролетными и многопролетными. На рис. 3, б представлена однопролетная опускная секция, при­нятая при строительстве Канонерского подводного тоннеля под Морским каналом в Санкт-Петербурге. Тоннель предназначен для двухполосного автомобильного транспорта с боковым проходом для людей 1 и вентиляционной галереей 2. Длина каждой сек­ции 75 м. Конструкция секции выполнена из монолитного же­лезобетона с толщиной 0,93 м. Масса секции около 8000 т. Наружная гидроизоляция 3 стальная с толщиной 6 мм, кото­рую одновременно используют как опалубку для возведения железобетонной обделки секции. На рис. 3, в представлена секция подводного тоннеля «Лафонтен» в г. Монреале (Кана­да) через реку Св. Лаврентия. Опускная секция имеет прямо­угольную форму с размерами 36,73x7,85 м и длиной 109,7 м. Масса секции 32 000 т. Секции изготовлены из монолитного железобетона с преднапряженной арматурой 1 , для чего ис­пользовали тросы из 48 проволок диаметром 7 мм и временные тяжи 2. Обделка имеет гидроизоляцию 3. Секции по торцам оборудуют временными водонепроницаемыми диафрагмами, в которых предусматривают шлюзы с затворами для пропуска людей и для контроля за герметичностью при стыковании секций.

Для размещения опускных секций в русле водной преграды устраивают траншею. Размеры траншеи определяются основ­ными размерами секции. Ширина траншей по дну на 2-3 м и больше ширины секции, а глубина траншеи не менее 0,5-0,7 м. В основании траншей укладывают гравийную или щебеночную подготовку.

Изготовление погружных секций обычно производят в су­хом доке или доке-шлюзе, которые располагают на берегу и с таким расчетом, чтобы они могли быть использованы при за­вершении строительства в качестве рампового подходного уча­стка при эксплуатации тоннеля.

Рисунок 3. Формы сечения опускных секций подводных тоннелей

В доке изготовляют в зависимости от потребного количества или все секции, когда водоток имеет небольшую ширину, или часть их по мере развития работ по строительству подводного тоннеля.

После изготовления секций в док-шлюз закачивают воду до уровня ее в водотоке. Секции всплывают и на плаву буксируются до места установки. Перед погружением на секции уста­навливают специальную трубу для возможности прохода по ней людей и подачи материалов, а также монтируют визирные мачты, по которым контролируют положение секций. Секции погружают, заполняя водой специальные балластные емкости, размещенные внутри их. После погружения и установки секции ее стыкуют с помощью специального профиля резиновой ман­жеты и стяжного устройства в виде домкрата. В дальнейшем стык омоноличивают изнутри секции. После установки всех погружных секций и проверки герметичности стыков произво­дят засыпку их обломочными материалами на высоту 1,5-3 м.

Подводные тоннели могут использоваться при создании постоянно действующей транспортной связи через водное препятствие (реку, канал, озеро, водохранилище). Они наилучшим образом соответствуют условию обеспечения бесперебойного движения транспорта на обеих пересекающихся магистралях (наземной и водной) и обладают следующими преимуществами перед мостами:

не нарушают бытового режима водотока;

не препятствуют судоходству, полностью сохраняя существующий характер акватории;

защищают транспортные средства от неблагоприятных атмосферных воздействий;

обеспечивают бесперебойное и круглогодичное движение транспорта на участке пересечения водотока;

сохраняют местоположение береговых сооружений и устройств, сводят к минимуму число зданий и сооружений, подлежащих сносу на подходах к пересечению;

практически не нарушают архитектурный ансамбль города.

Технико-экономическое сравнение мостового и тоннельного перехода показывает, что подводный тоннель имеет более высокую стоимость строительства, однако эксплуатационные расходы на содержание мостов, особенно низководных, значительно выше, чем тоннелей.

В целом, подводные тоннели наиболее часто используются в следующих топографических и инженерно-геологических условиях:

широкий водоток с плоскими, низкими, нередко застроенными берегами;

ложе водотока образовано толщей слабых грунтов, распространяющихся на достаточно большую глубину, в их основании лежат более прочные грунты;

движение наземного или водного транспорта на участке пересечения характеризуется высокой интенсивностью и постоянством в течение суток.

Кроме того, предпочтение тоннельному варианту отдают при наличии паводков и мощных ледоходов, проходящих при высоких уровнях воды, неустойчивости русла, а также по требованиям градостроительного характера.

В зависимости от расположения относительно дна водотока различают (рис.2.72):

подводные тоннели, целиком заглублённые в грунтовый массив;

тоннели на дамбах или отдельных опорах;

плавающие тоннели, заанкеренные тросовыми оттяжками в русловое ложе.

Подводные тоннели на дамбах, тоннели-мосты и плавающие тоннели эффективны при пересечении глубоких водных преград. При их использовании сокращается длина перехода, улучшаются эксплуатационные показатели трассы.

Выбор в городской черте месторасположения подводного тоннеля определяется характером планировки и застройки городских участков, топографическими условиями местности и способом строительства. Обычно тоннельное пересечение стараются располагать перпендикулярно оси водотока, что позволяет уменьшить длину сооружения и упростить его возведение и эксплуатацию. В условиях плотной застройки берегов возможно устройство косого пересечения водной преграды.



Подводный тоннель может располагаться как на прямой, так и на криволинейной в плане трассе. Искривление в плане трассы тоннеля вызвано необходимостью огибания препятствий: зон размыва, островов, искусственных подводных сооружений; либо, наоборот, стремлением подхода к острову для устройства вентиляционных шахт или раскрытия дополнительных забоев.

Наиболее характерны, кроме прямолинейных, следующие варианты расположения подводного тоннеля в плане:

Для размещения руслового участка на прямой, в пределах береговых участков, трассу тоннеля располагают на кривых (рис. 2.73, а);

Подходные береговые участки подводного тоннеля попадают на разные стороны поворота, поэтому ось тоннеля в плане располагают на кривой (рис. 2.73, б);

Из-за несовпадения осей подводных участков на обоих берегах водотока, криволинейные участки пути располагают вблизи урезов воды, а весь тоннель имеет в плане вытянутую S-образную форму (рис. 2.73, в);

Для организации промежуточной стройплощадки, связанной с изменением способа строительства или, при необходимости, устройства вентиляционной шахты, используются естественные или искусственные острова в русле водотока, что допускает искривление трассы тоннеля в плане (рис. 2.73, г).

В любом случае необходимо соблюдать нормативные требования к элементам криволинейных участков дороги и их взаимному сопряжению.

Продольный профиль тоннеля может проектироваться двускатным вогнутого очертания, с плоским нижним разделительным участком, либо, при значительной протяжённости сооружения, разделительный участок заменяют двумя элементами продольного профиля с уклонами, направленными от середины тоннеля к берегам водотока. В местах намечаемого сопряжения уклонов, при их большой алгебраической разности, назначают элементы переходной крутизны, обеспечивающие выполнение нормативных требований к продольному профилю. В особо длинных подводных тоннелях может проектироваться многоскатная форма продольного профиля, диктуемая отметками дна по трассе тоннеля и условиями обеспечения минимальных глубин заложения.

При проектировании продольного профиля подводного тоннеля большое внимание уделяется правильному назначению глубины заложения верха тоннеля относительно дна водотока или водоёма, которая назначается в зависимости от способа строительства и свойств грунтов.

Если подводная часть сооружается щитовым способом под сжатым воздухом, то, во избежание его прорыва, минимальную глубину заложения относительно линии возможных размывов назначают в зависимости от свойств грунтов, слагающих русловое ложе: 4-6 м в плотных глинистых грунтах, 8-10 м в слабых несвязных грунтах. Уменьшение толщины защитной кровли может достигаться устройством по дну водоёма, непосредственно над сооружением, защитного глиняного тюфяка толщиной 2-3 м и шириной 3-4 диаметра тоннеля.

При строительстве подрусловой части методом опускных секций глубина заложения тоннеля назначается не менее: 2,5- 3 м в слабых несвязных грунтах и 1,5-2 м в плотных глинистых грунтах.

Места переломов продольного профиля стараются совмещать со стыками секций. Это облегчает конструкцию самих секций и устройство под неё основания.

Характерным примером является железнодорожный тоннель протяжённостью 5,8 км под заливом Сан-Франциско (рис. 2.75). Необходимость обхода сейсмоопасных участков в заливе и полигональная форма продольного профиля привели к искривлению продольной оси сооружения в горизонтальной и вертикальной плоскостях. В результате этого из 57 секций тоннеля 15 имеют криволинейное очертание в плане и 4 - в профиле. Две секции представляют собой отрезки спирали, криволинейные в обеих плоскостях.

Форма поперечного сечения подрусловой части определяется способом проходки и, в большинстве случаев, при применении щитового способа или способа опускных секций имеет круговое или прямоугольное очертание.

Глубина воды над тоннелем должна быть достаточной для судоходства.

Для борьбы с водой, появляющейся в эксплуатируемом сооружении, в самом низком месте тоннеля устраивают водоприёмник и размещают в нём насосную станцию небольшой мощности. Она используется для удаления сравнительной небольших объёмов воды, собирающейся в закрытой части тоннеля. В нижней части открытых рамп устраивают высокопроизводительные дренажные откачки для перехвата и удаления дождевых вод. Кроме этого, для предотвращения затопления подводного тоннеля предусматривают различные конструктивные решения (рис. 2.76).

Подводный коммуникационный тоннель в Свеаборге (Финляндия), построенный в 1980 году, имеет общую протяжённость

1265 м, площадь поперечного сечения около 13 м 2 . В тоннеле проложены тепло- и водопровод и электрические кабели. В самой низкой точке установлен насос для откачки дренажных вод.

В Норвегии запроектирован первый в мире автомобильный плавающий тоннель диаметром 20 м и протяжённостью 1440 м, заанкеренный в грунт. В тоннеле предполагается разместить двухполосную проезжую часть, пешеходную и велосипедную дорожки.

В 2001 году в Москве, в составе транспортной развязки на пересечении Волоколамского шоссе с ул. Свободы, введён в эксплуатацию уникальный тоннель под каналом им. Москвы. Трасса тоннеля состоит из двух участков: первый длиной около 160 м, возведённый как единая монолитная железобетонная конструкция без промежуточных деформационных швов. Второй участок, протяжённостью около 240 м, состоит из девяти секций, разделённых промежуточными деформационными швами. В поперечном сечении тоннель представляет собой двухсекционную коробку с размерами 7,9x28,7 м, предназначенную для пропуска пяти полос движения (рис. 2.80).

С увеличением глубины и ширины водных преград резко возрастает стоимость строительства подводных тоннелей и возникают проблемы, связанные с опусканием и подводной стыковкой тоннельных секций. В связи с этим в ряде стран прорабатывают различные концептуальные и технологические решения строительства «плавающих» тоннелей.

Располагаемые целиком в воде, неглубоко от поверхности (в зависимости от условий судоходства до 30-35 м) такие тоннели удерживаются системой вертикальных или наклонных тросов, закрепленных в дно водной преграды, либо закрепленных на понтонах (см. рис. 1.1, г, д).

При этом значительно сокращается длина тоннельного перехода, не требуется вскрытия подводных котлованов и обратной засыпки секций, упрощается сопряжение подводной части с береговыми участками и снижается стоимость строительства. Такие тоннели можно сооружать длиной до 30 км при глубине воды до 500 м и более.

На конструкции «плавающих» тоннелей помимо обычных постоянных и временных нагрузок действуют нагрузки, вызванные колебаниями температуры воды, течения, приливами и отливами, изменениями плотности воды, волнами сжатия от проходящих судов, вероятностью столкновения судов над тоннелем, потерей плавучести, повреждениями системы крепления и др.

В Норвегии разработана программа строительства «плавающих» тоннелей через глубокие фиорды (глубина воды до 600 м). Отдельные железобетонные секции длиной от 300 до 500 м удерживаются на плаву тросовыми оттяжками, закрепленными на конструкции тоннеля и в якорных массивах на дне фиорда.

В качестве примера можно привести проект строительства «плавающего» тоннеля у г. Ставангера на глубине 25 м от поверхности воды в фиорде глубиной 155 м (рис. 5.22 и 5.23).

Рис. 5.22.

Из различных вариантов «плавающих» тоннелей - с опиранием на береговые устои (при малой длине), на промежуточные опоры, с за- анкериванием в дно пролива (рис. 5.24, а) или с подвешиванием к понтонам (рис. 5.24, б) - выбрана разработанная компанией Kvaerner стальная конструкция из опускных секций, закрепленная тросами к цилиндрическим понтонам. Она может быть собрана в стороне от трассы тоннеля, а затем доставлена к ней на плаву.

Предусматривается сооружение тоннеля через Хогсфиорд на юго- западном побережье страны. Ширина фиорда в месте пересечения 1400, глубина - 150 м. Строительство моста или заглубленного в дно тоннеля в этом месте сопряжено со значительными трудностями. Тоннельные секции кругового поперечного сечения из преднапряженного железобетона диаметром 9,5 м будут погружены на глубину 15-20 м ниже уровня воды и заанкерены тросовыми оттяжками в дно (рис. 5.25).


Рис. 5.23. Варианты поперечного сечения и закрепления «плавающего» тоннеля у г. Ставангер в Норвегии: 1 - тоннель; 2 - уровень воды в заливе; 3 - дно залива; 4 - тросовые оттяжки

На основе шестилетних комплексных проектных и исследовательских работ предложено также строительство «плавающего» тоннеля под Эйдфиордом. Ширина фиорда 1270 м, глубина воды - 400-500 м. Тоннель из преднапряженных железобетонных секций диаметром 9,5 м запроектирован на глубине 15 м от поверхности воды и закрепляется тросами ко дну, а горизонтальными растяжками - к береговым анкерным устройствам. Разработан вариант крепления тоннеля с заякоренными в дно плавучими спаренными понтонами. Каждый понтон прикрепляется к 24 гравитационным анкерам посредством двойных стальных канатов диаметром 44 мм, пропущенных через петлевые выпуски в верхней части анкеров.

Трехсекционный «плавающий» тоннель запроектирован для фиорда Эйден шириной 1240 м и глубиной 450 м.

Крупнейший «плавающий» тоннель (модель «моста Архимеда») для пропуска совмещенного автомобильного и железнодорожного движения между материком и островом Сицилией запроектирован в Италии через Мессинский пролив. Предложено несколько вариантов тоннеля, отличающихся габаритами, способом заанкеривания и пр.


Рис. 5.24. Варианты (а, б) плавающих тоннелей: 1 - тоннель; 2 - анкерные оттяжки; 3 - понтоны

По одному из вариантов тоннель общей протяженностью 3,25 км включает опускные секции из преднапряженного железобетона, выполненные в виде трех сопряженных тоннелей кругового очертания наружным диаметром 12,3 м. Боковые тоннели предназначены для двухполосного автодвижения, а центральный - для двухпутного железнодорожного (рис. 5.26).

При глубине пролива 100-130 м «плавающий» тоннель намечено расположить на глубине 40 м от поверхности воды с целью беспрепятственного пропуска судов. Положение тоннельных секций, обладающих положительной плавучестью, строго фиксируется системой парных тросов, заанкеренных в железобетонные массивы, уложенные по дну пролива.

На подводном участке длиной 2,05 км предполагается установить три секции из преднапряженного железобетона. По бокам секции снабжены обтекателями для уменьшения силового воздействия водного потока. Система тросовых оттяжек рассчитана на подъемную силу тоннеля 96 тыс. кН (300 кН на 1 м длины тоннеля) и на горизонтальные давления морского течения.

Рис. 5.25. Схемы (а, б) «плавающих» подводных тоннелей под Хог- сфиордом в Норвегии (проект): 1 - секции тоннеля; 2 - понтон; 3 - анкерная плита; 4 - тросовые оттяжки

Основные тросы крепятся к конструкции тоннеля через 10 м и за- анкериваются в железобетонные массивы под углом 60° к горизонту. Другая группа тросов для восприятия горизонтального давления крепится к тоннелю под углом 45°. Сила натяжения каждого троса 1260 кН, масса анкерного бетонного массива около 300 т.

В конструкции «плавающего» тоннеля предусмотрены аварийные отсеки, предотвращающие всплытие тоннеля путем заполнения их водой (автоматически срабатывают клапаны) в случае обрыва одного из тросов.

Рис. 5.26. Поперечное сечение «плавающего» тоннеля под Мессинским проливом (проект): 1 - отсек для автомобилей; 2 - балластный при- груз; 3 - отсек для железнодорожных поездов; 4 - тросовые оттяжки; 5 - анкеры; 6 - обтекатели; 7 - уровень воды; 8 - дно пролива

По другому варианту проекта предусмотрены три раздельных тоннеля: один для двухпутного железнодорожного движения длиной 5,4 км и два для двухполосного автодвижения длиной 6 и диаметром 15,5 км. Тоннели будут закрепляться на глубине 47,75 м от поверхности воды с помощью анкерных оттяжек.

В Японии разработаны проекты строительства «плавающих» тоннелей между островами Хонсю и Хоккайдо, под бухтой Утиура, а также между аэропортами Касан и Кобе через бухту в г. Осака. Наибольший интерес представляет проект двухярусного подводного тоннеля между островами Хонсю и Хоккайдо через бухту Фука. Верхний ярус предназначен для двухполосного автодвижения, а нижний - для двухпутного железнодорожного движения. На подводном участке на глубине

20 м от поверхности воды на тросовых оттяжках удерживается «плавающий» тоннель. Для противодействия колебаниям конструкции тоннеля при движении поездов и автомобилей, а также от морского волнения дополнительно предусмотрены стабилизаторы плавникового типа.

В Швейцарии для строительства транспортного пересечения озера с севера на юг разработаны три варианта: мост, тоннель, сооружаемый закрытым способом, и «плавающий» тоннель. Последний оказался предпочтительнее. Десять тоннельных секций, представляющие собой две коаксиально расположенные стальные трубы длиной по 100, наружным диаметром 12 и внутренним - 11 м с бетонным заполнением между ними, будут удерживаться на глубине 14 м от поверхности воды системой тросов, располагаемых через каждые 50 м под углом 45° к горизонту.

Существуют также проектные предложения по строительству «плавающих» тоннелей через пролив Гибралтар и Ла-Манш, под Великими озерами в США и Канаде.