Проектирование и производство индивидуального тоннельного оборудования — основная компетенция Herrenknecht AG. Это также включает специальные решения для подъёма труб для строительства Cross Passage, в тоннелях под землями для транспорта.
Я очень рад, что у меня была возможность побывать на месте в Гонконге 11 февраля, когда машина для перекрёстного прохода AVN 3000 прибыла в приёмный колокол на стороне цели. Это ознаменовало 27-й и последний прорыв перекрёстных проходов в проекте тоннеля T2 Trunk Road, который столкнулся с смешанными грунтовыми условиями с давлением воды до 4 бар.
Поздравляем команду строительной площадки J и всех коллег, которые внесли вклад в успешный финальный прорыв поперечных проходов и разработку этого индивидуального оборудования.

Что бы вы сделали, если бы над уже построенным тоннелем внезапно образовалась воронка?

В одном из наших проектов подземного строительства после завершения строительства тоннеля пришлось прокладывать вентиляционную шахту.

В ходе работ неожиданно образовалась воронка, за которой последовал селевой поток через кольцевой зазор между сегментами и окружающей конструкцией.

Ситуация требовала немедленного контроля для остановки потока и стабилизации участка.

Одним из наиболее эффективных решений в таких условиях является замораживание грунта (искусственное замораживание грунта).

Замораживание окружающего грунта и грунтовых вод создает твердый и водонепроницаемый блок, позволяющий безопасно продолжить строительные работы.

Эта технология позволила нам контролировать ситуацию, не затрагивая облицовку тоннеля, и обеспечила безопасное выполнение оставшихся работ.

Сталкивались ли вы когда-нибудь с подобными ситуациями в проектах по строительству тоннелей или подземных сооружений?

Какое решение вы бы рассмотрели в таком случае?

Выбор между параллельными односторонними или двусторонними тоннелями может зависеть от проектного объема трафика и длины тоннеля. Для дорог с низким объемом трафика длиной менее 1500 м может быть принят двусторонний двухполосный поперечный разрез. Для дорог с прогнозируемым объемом трафика, превышающим 10 000 автомобилей в день на полосу, следует использовать односторонние двухтрубные тоннели с количеством полос, соответствующим прогнозируемому объему трафика. В случае двухтрубных тоннелей, в каждом из которых осуществляется одностороннее движение, следует предусмотреть поперечные переходы, соединяющие два тоннеля, с интервалом около 500 м. В случае инцидента/аварии в одном из тоннелей, другой тоннель следует использовать в качестве пути эвакуации и спасения, перенаправляя движение через поперечные переходы на крайнюю правую полосу другого тоннеля, чтоб

Один туннель, по которому движется транспорт в обоих направлениях, с аварийными площадками для эвакуации/укрытия, расположенными примерно каждые 350 метров, поскольку отдельного эвакуационного туннеля нет.
NFPA 502 не допускает, чтобы аварийные выходы или двери, ведущие к выходам, располагались на расстоянии более 300 м (1000 футов друг от друга, при этом расстояние оправдано инженерным анализом.
(63). Для однонаправленного движения с продольной системой вентиляции это расстояние будет в значительной степени зависеть от системы обнаружения пожара и ее способности как можно быстрее обнаружить пожар, чтобы можно было активировать вентиляцию для контроля дыма. Существуют различия между самоспасением и спасением с помощью других лиц из дорожных туннелей. Большинство людей в туннелях спасаются самостоятельно во время пожара.

Для обеспечения эвакуационного пути в случае чрезвычайной ситуации параллельные тоннели соединены в двух местах поперечными проходами. Поперечные проходы были проложены после прокладки основных тоннелей. Традиционно соединительный поперечный проход проектируется перпендикулярно обоим параллельным тоннелям. Однако в данном случае, согласно коду Индийского дорожного конгресса (IRC), соединительный поперечный проход был спроектирован под углом 30° с одной стороны и 150° с другой стороны на пересечении с основным тоннелем, образуя V-образный скальный клин на стороне пересечения под углом 30°. Для обеспечения эвакуационного пути в случае чрезвычайной ситуации и для целей технического обслуживания параллельные тоннели соединены в двух местах D-образными поперечными проходами. Традиционно соединительный поперечный проход между двумя параллельными тоннелями располагается перпендикулярно тоннелям (Oberaigner and Romerio, 2007; Facibeni et al., 2011). Помимо минимальной длины обычного перпендикулярного поперечного перехода, ожидается, что он будет иметь меньше геотехнических проблем и вопросов проектирования опор по сравнению с угловым поперечным переходом. Поэтому перпендикулярный поперечный переход удобен, экономически эффективен и наиболее предпочтителен. Для эвакуации пешеходов он приемлем. Однако для движения тяжелых транспортных средств в случае дорожных тоннелей понятно, что разворот тяжелого транспортного средства на перпендикулярном поперечном переходе потребует больше места и времени, чем разворот на поперечном переходе под углом 150° (с другой стороны острый угол 30°). Таким образом, перпендикулярный поперечный переход может не обеспечить беспрепятственный путь эвакуации для транспортных средств в случае чрезвычайной ситуации.

Геологические условия и состояние грунтовых вод являются основными факторами, определяющими проектирование поперечных проходов в двухпутных тоннелях. Они определяют методы выемки грунта, требования к облицовке и необходимость гидроизоляции для предотвращения катастрофических обрушений грунта, проницаемости (проникновения песка и воды) и структурных повреждений.

Скальные/жесткие связные грунты (напыляемая бетонная облицовка или последовательная выемка грунта являются высокоэффективными методами). Эффект сводообразования минимизирует деформации, позволяя использовать менее инвазивные методы крепления.
Мягкие, несвязные или сильно выветренные грунты — склонны к разрушению, значительной потере объема и нестабильности забоя. Требуют обширной предварительной обработки грунта перед выемкой, такой как компенсационная цементация (например, пермеационная или струйная цементация) или искусственное замораживание грунта.
Перегрузка и зоны разломов: низкий слой грунта над поперечным проходом значительно увеличивает риск просадки поверхности и образования провалов. Часто требуется использование тяжелых стальных опорных рам, трубчатых навесов или строгой компенсационной цементации для предотвращения обрушения поверхности.
Влияние грунтовых вод на проектирование

- Перед началом проходки основного тоннеля необходимо обработать окружающий грунт, чтобы снизить его проницаемость и тем самым исключить попадание грунтовых вод на строительную площадку. Обычно используется микротонкий цементный или кремнеземный раствор.
- Для понижения уровня грунтовых вод и снижения порового давления, позволяющего поддерживать его на приемлемом уровне для работ в тоннеле, используются методы откачки (например, эжекторные скважины или глубокие вертикальные скважины с поверхности).
- Постоянные конструкции должны быть спроектированы таким образом, чтобы выдерживать долговременные полные гидростатические нагрузки. Проект включает в себя надежные системы гидроизоляции (например, водонепроницаемые мембраны и водонепроницаемые уплотнители) и усиленную железобетонную облицовку, препятствующую проникновению воды.

ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
При проектировании временных сооружений на этапе строительства учитываются только грунтовые и постоянные нагрузки с соответствующим коэффициентом нагрузки 1,25.
Для анализа все элементы моделируются с использованием метода конечных элементов, который лучше всего подходит для сложных грунтовых и конструктивных условий. В то время как грунтовые условия достаточно традиционны, особенности конструкции требуют детального анализа. На основе результатов расчетов стальные элементы и соединения проектируются в соответствии с коэффициентами нагрузки и материалов, а также соответствующим предельным состоянием. Проектирование поперечных проходов достаточно единообразно, и результаты проектирования очень похожи в разных местах с переменными грунтовыми условиями. Поэтому анализируется только место с наибольшей нагрузкой от вышележащих слоев грунта и наихудшими грунтовыми и водоносными условиями.

ВРЕМЕННОЕ И ВНУТРЕННЕЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
Временные торкрет-обделки для переходов будут построены с использованием метода NATM. Торкрет-бетон с двумя слоями проволочной сетки и решетчатой балки образуют временную опору для заминированных туннелей. Для обеспечения улучшения грунта вокруг выемки на определенных участках потребуется улучшение грунта из-за проблем, связанных с нестабильностью поверхности туннеля.
Постоянная опора представляет собой монолитную железобетонную обделку подковообразного профиля. Воротник, расположенный на стыке переходного и основного тоннелей, имеет подковообразную внешнюю грань и внутренний прямоугольный профиль. Внешний контур постоянной облицовки поперечного перехода повторяет внутренний профиль временной обделки. Проемы в ходовой туннель должны иметь ширину 1,2 м и высоту 2,1 м. Во всех переходах поддерживается минимальная высота 2,1 м при ширине 1,5 м. Постоянная стальная рама косяка, размещаемая в стене туннеля, спроектирована как часть постоянной опоры. Функция рамы – воспринимать нагрузки на обделку тоннеля, возникающие в постоянном состоянии в результате разрушения колец тоннеля. Временная система стальных связей предназначена для восприятия нагрузок на обделку во время разрушения сегментов туннеля и до установки постоянной рамы косяка. Проект временных стальных конструкций не является частью текущего представления.
РАСЧЕТНЫЕ НАГРУЗКИ
Мертвая нагрузка (G)
Учитывается предполагаемая нагрузка — общая надбавка в размере 50 кН/м2, действующая на уровне поверхности земли. При этом должны учитываться существующие или будущие здания, как указано в базовом отчете о проектировании туннеля.
Надбавка распространяется как на временную, так и на постоянную конструкцию облицовки.
Постоянные нагрузки при дорожном движении. Перекрестки под автомагистралями рассчитаны на нагрузку 20 кН/м2, действующую на уровне земли при нагрузках на автомагистралях. Это эквивалентно вертикальной нагрузке, возникающей в поездах транспортных средств класса AA, как определено в IRC:6-2000, при условии, что давление от колес распространяется на
минимальная глубина засыпки 2м. Надбавка распространяется как на временную, так и на постоянную конструкцию обделок.
Гидростатические нагрузки. При расчете гидростатических нагрузок учитывается верхняя или нижняя граница уровня грунтовых вод; в зависимости от того, что является более критичным для рассматриваемой конструкции или состояния. Для временных и постоянных работ давление воды основано на расчетном уровне грунтовых вод, указанном в соответствующем геотехническом интерпретационном отчете (GIR).

Для каждого из событий DBE и MCE в модели FEM применяется соответствующее горизонтальное ускорение грунта, а результаты накладываются на результаты, полученные при вертикальном ускорении грунта. Последний анализ проводится для идеализированного кругового туннеля (диаметром 3 м), эквивалентного профилю поперечного прохода. Наложение результатов выполняется для поперечных проходов и их соединительных элементов в самом мелком и самом глубоком сечениях. Случай DBE не является определяющим при проектировании. Следовательно, для всех поперечных проходов и их соединительных элементов эффект деформации постоянной облицовки моделируется путем применения горизонтального ускорения грунта только для события MCE (0,16g x 1,0) в модели FEM. Это означает, что требуемая несущая способность конструкции при сейсмической нагрузке учитывает наихудшее сочетание временных, постоянных и сейсмических нагрузок.

Огнестойкость
Для удовлетворения минимальных требований к поперечному сечению для достижения 4-часового периода огнестойкости (FRP) для облицовки поперечных проходов, не использующей TBM, в соответствии с NFPA 130 2007, требуется защитный слой толщиной 40 мм. В соответствии с таблицей 8 IS 1642:1989, минимальный размер составляет 240 мм, а защитный слой — 25 мм для железобетонной колонны с одной открытой гранью. Как определено в таблице 16A IS 456:2000, номинальный защитный слой арматуры для колонн, обеспечивающий 4-часовой период огнестойкости, составляет 40 мм.
Коэффициенты запаса прочности
Для проектирования временной и постоянной облицовки используются коэффициенты запаса прочности 1,4 для анализа предельного состояния по несущей способности (ULS) и 1,0 для анализа предельного состояния по эксплуатационной пригодности (SLS). Для получения наиболее жестких условий коэффициенты применяются только к вычисленным изгибающим моментам, в то время как к осевым силам всегда применяется коэффициент запаса прочности, равный 1,0. Это делается вместо использования частичных коэффициентов запаса прочности для различных условий нагружения (т. е. давления грунта, давления воды и дополнительной нагрузки) из-за ограничений метода численного моделирования взаимодействия грунта и конструкции.

• Разметка геодезических линий (для целей земляных работ) с помощью тахеометра.

• Монтаж кольцевой балки, состоящей из двутавровых профилей, закрепленных в форме многоугольника.

• Укладка деревянных клиньев в кольцевую балку для заполнения пустот между сегментом туннеля и элементами кольца, что увеличивает площадь контакта и, следовательно, общую прочность системы.

• Выемка керна с помощью кернореза диаметром 150 мм.

• После выемки керна проводятся земляные работы. В ходе выемки керна вблизи основного сегмента туннеля размещается стальной несущий элемент ISMB 125 или ISMB 150, в зависимости от проектных соображений, для поддержки выкопанных грунтовых слоев, где нагрузка передается за счет «арочного эффекта».

• Земляные работы далее делятся на две части:
• Забой – верхняя половина котлована называется забоем. Его высота составляла 1,8–2 м.

• После выемки грунта на каждом забое длиной 750 мм устанавливались арочные ребра, а затем между двумя соседними ребрами закреплялась проволочная сетка.

• После этого проводилось торкретирование бетонной смесью марки М30 для предотвращения обрушения грунта кровли и боковых стен и укрепления этих поверхностей. Толщина слоя торкрет-бетона составляла 50 мм на протяжении всей процедуры.

• В состав торкрет-бетонной смеси входил химический реагент «MasterROCS540» для ускорения схватывания смеси (примерно 3–4 часа).

• Дальнейшие земляные работы проводились только после проверки прочности торкрет-бетонной смеси, нанесенной на поверхность грунта, которая должна превышать 10 кН/мм? на слой с размером ячейки 750 мм.

• Укрепление котлована:
• Нижняя половина котлована называется укреплением, обычно на глубине 2,2 м ниже уровня проходки.

• Укрепление может быть выполнено на длину, меньшую, чем уровень проходки, т.е. всегда должен быть один дополнительный проход до последнего участка.

• После укрепления котлована, как указано выше, выполняется установка ребер жесткости и торкретирование и т.д.

• После этого этапа выполняется постоянная облицовка с использованием гидроизоляционного бетона марки М40.

• Метод строительства аналогичен любой железобетонной конструкции. Сначала устанавливается арматура; затем устанавливается опалубка перед заливкой бетонной смеси.

• Обратите внимание, что основное армирование должно быть выполнено в соответствии с проектом, с учетом нагрузки от вышележащих слоев грунта и бокового давления грунта в рассматриваемом месте.

Система гидроизоляции поперечных проходов состоит из листовой мембраны, расположенной между основным гидроизоляционным слоем и монолитной бетонной вторичной облицовкой, и включает в себя разделение отсеков, обеспечиваемое водонепроницаемыми барьерами, приваренными к гидроизоляционной мембране и залитыми в монолитный бетон. Система гидроизоляции не подлежит замене, поэтому ее расчетный срок службы по стандарту HS2 составляет 100 лет.
Листовая мембрана будет состоять из мягкого поливинилхлорида (ПВХ) толщиной приблизительно 2 мм (включая сигнальный слой). Эта система создаст сплошную непроницаемую термосварную неармированную водонепроницаемую мембрану, окружающую поперечные проходы. Нетканый геотекстильный флис плотностью не менее 700 г/м? защитит листовую гидроизоляционную мембрану от проникновения через потенциально шероховатую поверхность основной облицовки и обеспечит путь для стока воды вокруг поперечного прохода.

Система гидроизоляции CP будет разделена на отсеки, что достигается путем укладки ПВХ-водонепроницаемых барьеров, полностью приваренных к листовой мембране с одной стороны. Ребра с другой стороны водонепроницаемых барьеров будут отлиты в бетонную облицовку. Каждый отсек будет иметь длину, равную длине заливки вторичной облицовки (максимум 10 м), и каждый отрезок будет продольно разделен на два отсека в месте соединения бетона нижней и верхней частей. Все отсеки будут иметь порты для заполнения раствором, соединенные с ремонтными трубами (контрольными и затирочными трубами). Водонепроницаемые стержни SikaAF с четырьмя ребрами шириной 310 мм будут образовывать отсеки внутри системы гидроизоляции, как показано на рисунке.
Разделение на отсеки позволяет заполнять раствором, используя соответствующую смолу, отдельные отсеки, в которых обнаружены протечки после установки, в случае нарушения целостности гидроизоляционной мембраны. Это проверенный и эффективный метод ремонта любых дефектов в системе гидроизоляции.

Система гидроизоляции поперечных проходов состоит из листовой мембраны, расположенной между основным гидроизоляционным слоем и монолитной бетонной вторичной облицовкой, и включает в себя разделение отсеков, обеспечиваемое водонепроницаемыми барьерами, приваренными к гидроизоляционной мембране и залитыми в монолитный бетон. Система гидроизоляции не подлежит замене, поэтому ее расчетный срок службы по стандарту HS2 составляет 100 лет.
Листовая мембрана будет состоять из мягкого поливинилхлорида (ПВХ) толщиной приблизительно 2 мм (включая сигнальный слой). Эта система создаст сплошную непроницаемую термосварную неармированную водонепроницаемую мембрану, окружающую поперечные проходы. Нетканый геотекстильный флис плотностью не менее 700 г/м? защитит листовую гидроизоляционную мембрану от проникновения через потенциально шероховатую поверхность основной облицовки и обеспечит путь для стока воды вокруг поперечного прохода.

Система гидроизоляции CP будет разделена на отсеки, что достигается путем укладки ПВХ-водонепроницаемых барьеров, полностью приваренных к листовой мембране с одной стороны. Ребра с другой стороны водонепроницаемых барьеров будут отлиты в бетонную облицовку. Каждый отсек будет иметь длину, равную длине заливки вторичной облицовки (максимум 10 м), и каждый отрезок будет продольно разделен на два отсека в месте соединения бетона нижней и верхней частей. Все отсеки будут иметь порты для заполнения раствором, соединенные с ремонтными трубами (контрольными и затирочными трубами). Водонепроницаемые стержни SikaAF с четырьмя ребрами шириной 310 мм будут образовывать отсеки внутри системы гидроизоляции, как показано на рисунке.
Разделение на отсеки позволяет заполнять раствором, используя соответствующую смолу, отдельные отсеки, в которых обнаружены протечки после установки, в случае нарушения целостности гидроизоляционной мембраны. Это проверенный и эффективный метод ремонта любых дефектов в системе гидроизоляции.