Изграждане на тунел през Керченския пролив по технологии, използвани в тунела

Николай Кулагин, съветник на генералния директор Андрей Соловьов, заместник генерален директор

JSC NIPII "Lenmetrogiprotrans"

Основните проблеми на предложените днес решения и мостовото преминаване на пролива и тунела са свързани с трудните геоложки условия на строителство. При разглежданите в момента строителни варианти е неизбежно или тунелът, или пилотните основи на опорите на моста да пресекат дебел пласт от нестабилни кватернерни отлагания.

За варианти на тунели в меки почви е много трудно да се реши проблемът с изграждането на прекъсвания за евакуация. Предложеният в този доклад вариант за изграждане и експлоатация на транспортен прелез избягва както прокопаването на тунели в слаби кватернерни скали, така и изграждането на гигантски мостови колони, чиито пилотни основи трябва да бъдат вкопани в скална основа.

Към днешна дата в световната практика за изграждане на подводни тунели е натрупан сериозен опит, доказващ възможността за изграждане и успешно функциониране на транспортен преход под Керченския пролив по технологията, внедрена при изграждането и експлоатацията на Евротунела между Франция и Великобритания под Ламанша. Почти 20-годишната експлоатация на Евротунела доказва възможността за преминаване през тунелите на големи пътнически и товарни потоци с честота 4 влака на час във всяка посока.

Предимствата на предложения вариант се подкрепят от наличието на механизирани тунелни комплекси (TPMK) от различни производители, които осигуряват висока скорост на строителство, отлично качество на тунелните конструкциив почти всички хомогенни почви. Вътрешната практика на тунелиране вече има достатъчно опит в изграждането на тунели с помощта на TPMK както в Санкт Петербург и Москва, така и на олимпийската писта в Сочи.

От няколкото разгледани варианта се предлага изграждането на тунели под Керченския пролив да се извърши в хомогенни твърди плътни сарматски глини.

Основните решения за технологията на експлоатация на транспортния прелез са следните:

Изгражда се двурелсова електрифицирана железопътна линия, която осигурява както превоз на товари по железопътен транспорт, така и превоз на превозни средства на железопътни платформи и в специализирани вагони.

За транспортиране през тунелите се предвижда да се използват четири вида влакове:

пътнически и товарни влакове, движени по железниците на страната;
пътнически влакове, превозващи автобуси, автомобили и микробуси. При използване на специална система за товарене, целият процес на влизане на колата в колата отнема не повече от 8 минути, докато пътниците остават вътре в колите си;
товарни влакове с открити вагони, в които се превозват камиони, а машинистите се возят в отделен вагон;

Очаквана производителност:

скорост в тунела до 160 км/ч;
капацитет от 3,5 милиона транспортни единици годишно (9,5 хиляди транспортни единици на ден) и от 7 до 9 милиона пътници годишно;
по отношение на възможния товарооборот капацитетът на тунелите е най-малко 50 милиона тона годишно и се определя от капацитета на железопътните подходи.

По отношение на технологията на строителството, основно дверазлични опции:

прокопаване на два еднопътни тунела по цялата дължина от Тунелни механизирани комплекси (ТПМК) в твърди устойчиви сарматски глини;
изграждане на удължен двупътен тунел по открит метод в кватернерни седименти, представени от алувиални канални пясъци, заливни меки твърдопластични глини, течно-пластични глини, течно-пластични глини с чести лещи от глинести и песъчливо-глинести тини.

И в двата варианта се разглежда изграждането на дълги тунели (19 - 23 км). Дълги тунели са предвидени в първия вариант за възможността за полагане на тунел в здрави стабилни почви във втория - за минимално въздействие върху околната среда по време на експлоатацията на тунела.

Вариантът за изграждане на тунел по открит начин е малко по-евтин, този вариант изисква по-малко време за строителство, но не може да се препоръча, тъй като по време на строителния процес, използвайки технологията за изграждане на тунел по открит начин, ще има силно отрицателно въздействие върху екологичната ситуация в района на строителството. По време на строителството се очакват сериозни усложнения за корабоплаването и ще се наложи поетапно прехвърляне на фарватера в пролива. Същото важи и за варианта за изграждане на тунели по метода на спускане на секции.

Както бе споменато по-горе, изграждането на тунели за оперативната схема, прилагана в тунелите под Ламанша, може да се извърши в солидна скална основа, намираща се на дълбочина от 65 - 70 метра от морското равнище. Максималната дълбочина на тунелите ще бъде около 80 метра.

С разполагането на тунела в твърди сарматски глини дължината на тунелите ще се увеличи и ще бъде около 22,8 км - затворен метод на работа ирампови участъци (отворен метод на работа от два портала) - 3,1 км. Изграждането на тунели в стабилни почви е възможно само в Тузленското трасе. Предлага се изграждането на два успоредни еднорелсови железопътни тунела.

За да се осигури безопасна евакуация между тунелите със стъпка не по-голяма от 300 m, се извършват прекъсвания за евакуация. За да се намали цената на строителството, не се предвижда изграждането на обслужващ тунел (подобно решение е приложено при 28-километровия тунел Гуадарама в Испания).

Отказът от тунел с по-малък диаметър между две железопътни линии се компенсира със следните мерки за безопасна експлоатация: с честота 4 влака на час във всяка посока, един влак преминава едновременно през един тунел, вторият тунел е свободен по време на пътуването си до гарата от другата страна. На него друг влак започва да се движи в обратна посока едва след като влакът напусне първия тунел.

Това условие дава възможност да се изтеглят всички пътници, в случай на аварийно спиране, от първия тунел до втория свободен чрез евакуационни бариери между тунелите, изградени на всеки 300 м. В тунелите се изгражда сглобяема стоманобетонна високопрецизна водоустойчива облицовка от стоманобетонни блокове с външен диаметър 10,3 м и вътрешен диаметър 9,4 м. Облицовката се изчислява за нас със сеизмично въздействие от 9 бала.

Облицовката с кръгла форма е конструирана, докато TPMK се движи напред и се монтира под нейната защита. Празнината между облицовката и скалата се запълва със специален разтвор под налягане, предотвратяващ разграждането на почвата. Очаквано гиростатично налягане при преминаване през междинни слоеве от пясъчници, варовици и мергели, съдържащи вода с хидростатично налягане до 8 - 9 атм., но това не е пречказа ТПМК.

Вътрешното напречно сечение на всеки тунел осигурява разполагането на просвета на сградите "C" в съответствие с GOST 9238-83, дренажни тави, водопроводно и електрическо оборудване, комуникации, както и устройства за сигнализация, комуникация и вентилация. Техническите решения за тунелна вентилация се предлагат да бъдат реализирани на базата на обобщаване на съвременния технически опит в областта на вентилацията на дълги железопътни тунели в света.

Основният критерий за определяне на вентилационната схема е да се осигурят стандартните стойности на физико-химичните и термодинамичните параметри на въздуха, както при нормални условия на работа, така и при извънредни ситуации. За решаване на проблемите с вентилацията на тунелите се предлага използването на електрическа локомотивна тяга в зоната, където са разположени тунелите с необходимото външно захранване. В тунелите се предлага да се изпълни надлъжна вентилационна схема.

Обменът на въздух се осигурява от комбинираното действие на буталния ефект и механичната вентилационна система, използваща струйни вентилатори с кинетична енергия. Основният критерий за изчисляване на мощността на вентилаторите е осигуряването на необходимата скорост и посока на въздушния поток в тунелното участък при пожар.

В циркулационните и евакуационните кръстовища между тунелите, пътищата за евакуация без дим при преминаване в неавариен тунел се осигуряват чрез създаване на вестибюл и осигуряване на вентилационни средства за въздушно налягане от страната на неавариен тунел.

Като се има предвид значителната дължина на тунелите, по време на строителството се планира да се използват 4 тунелни TBM: 2 TBM с почвен товар за насрещно тунелиране по трасето на два тунела. TPMK са монтирани на рампи. Демонтаж на комплексипроизведени в тунел в точката на срещане на TPMK на източния и западния бряг. За осигуряване на строителството ще е необходимо да се изградят строителни площадки в близост до порталите с приблизителна площ от около 10 ха всяка.

За осигуряване на строителството ще са необходими производство и полагане на около 26 хил. куб.м. м стоманобетонна облицовка на месец. Проблемът с производството на определен обем стоманобетонна облицовка беше успешно решен по време на изграждането на тунели по олимпийската програма на линията Adler-Alpika Service.

Остър проблем при изграждането на тунелен преход е проблемът с осигуряването на електрическа енергия за тунелиране на TPMK.Необходимата мощност за тунелиране на тунелен преход от четири TBM е приблизително 25,0 MW (по 12,5 MW от източната и западната страна на пролива) за 2,5-годишен период на сондиране.

В резултат на консултации със специалисти от Ростовския институт Energosetproekt беше установено, че от страната на брега на Таман в момента най-близкият източник на електроенергия за изграждането на тунелния преход е съществуващата районна подстанция 220/110/140 kV Vyshesteblevskaya, на която са инсталирани два трансформатора 220/110/10 kV с мощност 125 MVA. В тази подстанция има резерв от мощност от 12,5 MW.

От подстанцията Vyshesteblevskaya до строителната зона на тунела, пресичащ се през пролива Керх от страната на територията на Краснодар, ще е необходимо да се изгради две с една скръб 110 kV линии приблизително с дължина от 25,0 км всяка, с изграждането на 110/10 kV подскация в края на линията в строителната площадка на Crossing с монтажа на MV в края на линията на всеки.

За осигуряване на електричество на строителните площадки на тунела, преминаващ през Керченския проток от страната на Керч, най-близкиятИзточниците на електроенергия са подстанция 222/110/10 kV Камыш-Бурун и подстанция 110/10 kV Керченская. Като се има предвид сравнително реално увеличаване на натоварването на енергийния център в Керч в плановете на Министерството на енергетиката на Руската федерация, се планира изграждането на въздушна линия 220 kV от подстанция 500 kV Таман до подстанция Камиш-Бурун с кабелно преминаване през Керченския пролив.

По този начин е възможно да се осигури електричество на обектите на транспортния прелез от страна на Керч чрез изграждане на линия 110 kV от подстанция Камиш-Бурун и подстанция Керч с обща дължина 35 км и изграждане на подстанция 110/10 kV с инсталиране на 2 трансформатора с мощност 16 MVA всеки на строителната площадка на прелеза.

Цената на изграждането на въздушна линия 220 kV в участъка Таман-Камиш-Бурун с обща дължина 88 км (включително изграждането на кабелен преход през Керченския проток с дължина 14,5 км) ще бъде около 5 милиарда рубли. Срокът за изграждане на съоръжения за външно електроснабдяване е до 1 година, тоест осигуряването на електроенергия може да се извърши преди началото на проникването на щита.

За организиране на претоварването на автомобилния транспорт към железопътните платформи е необходимо да се изградят претоварни станции от двете страни на пролива. Тук се изграждат и контролни зали за организиране на работата на тунелния прелез. Срокът за изграждане на 2 еднопътни тунела с щитов тунел ще бъде 4 години 2 месеца, като се вземе предвид подготвителният период.

Прогнозната стойност на изграждането на 2 еднопътни тунела с щитов тунел ще бъде около 170 милиарда рубли по текущи цени с ДДС. Като се вземат предвид разходите за железопътни подходи за тяхната електрификация, изграждането на претоварни станции и устройства за външно захранване, общата стойност на строителството по предложения вариант ще бъде около 230 милиарда рубли по текущи цени с ДДС.

При прилагането на предложения вариант се елиминират основните недостатъци на тунелния вариант за пътния тунел:

голям участък от пътни тунели;
необходимостта от организиране на уширения (места за паркиране) по протежение на тунела с достъп до контура на облицовката на изградения TPMK,
необходимостта от мощна вентилационна система за отстраняване на отработените газове от автомобила.

В същото време се запазват всичкипредимства на тунелното преминаване на пролива:

конструкцията не създава проблеми с навигацията;
по-екологичен вариант
тунелите са много по-безопасни за работа;
опцията за тунел е по-малко склонна към тероризъм,
разходите за експлоатация на транспортен прелез (както показва опитът на експлоатационните обекти - аналози в Хабаровск) за опцията за тунел е по-ниска.