Готардский базовый тоннель: Особенности строительства самого длинного в мире тоннеля

Опубликовано: Тематическое исследование

Швейцарское правительство уже давно изучало возможность прокладки железнодорожной линии через Альпы. Эта идея была материализована в 1995 году с планом строительства новой железнодорожной ветки через Альпы (NRLA), высокоскоростной железнодорожной ветки, соединяющей Южную Европу с Северной Европой.

Готардский базовый тоннель длиной 57 км является частью проекта NRLA и представляет собой самый длинный в мире транспортный тоннель. Тоннель состоит из двух различных тюбингов одного пути, диаметр которых варьируется от 8,5 до 9,5 м. Тюбинги соединены поперечными переходами с интервалом 312 м вдоль центральной оси тоннеля.

Готардский базовый тоннель Самый длинный тоннель в мире: Готардский базовый тоннель

В 1996 году были начаты подготовительные работы по строительству проходческих туннелей и шахт. Однако основные работы по прокладке тоннеля начались в 2002 году, а строительство Готардского базового тоннеля было завершено в 2015 году. После завершения строительства и ввода в эксплуатацию в 2017 году началась первая коммерческая эксплуатация Готардского базового тоннеля.

Две многофункциональные станции были построены на расстоянии одной трети и двух третей вдоль центральной оси тоннеля и расположены на участках Файдо и Седрун. Назначение этих многофункциональных станций – отвод поездов, обеспечение пути для экстренной эвакуации, а также размещение технической инфраструктуры и оборудования.

Готардский базовый тоннель является самым длинным тоннелем с максимальной вскрышей 2500 м. На большей части длины тоннеля средняя вскрыша составляет 1500 м. Готардский базовый тоннель считается триумфом гражданского строительства, поскольку он был построен с таким огромным давлением вскрыши.

  • Часто задаваемые вопросы

    • 1. Геология Готардского базового тоннеля

    В следующих пунктах описывается геология Готардского базового тоннеля:

  • Горные породы, встречающиеся в окрестностях Готардского базового тоннеля, представлены гнейсами, филлитами и сланцами. Гнейсовые породы в основном заполнены обломками мягкой почвы.
  • Толщина пород варьируется от дециметров до декаметров.
  • Большая часть гнейсовых пород состояла из какиритических пород (какиритические породы состоят из разрывов плоскости сдвига вместе с заполнением мягкого грунта). В целом, термин “какирит” обозначает разрушенную или интенсивно сдвинутую породу, которая потеряла значительную часть своей первоначальной прочности.
  • Приблизительно 67% пород были определены как какириты. Остальные 33% пород были признаны хорошими породами только с волосяными трещинами.
  • Когезия и угол трения пород находились в пределах 200-600 КПа и 250-300, соответственно.
  • Константа проницаемости какиритских пород была очень низкой и находилась в диапазоне от 10-8 до 10-10 м/с. Таким образом, возможность просачивания была значительно меньше.
  • Грунт вдоль трассы тоннеля был классифицирован по типам пород на основе сдвиговых трещин и литологии. Эта классификация использовалась для описания влияния тектонических нарушений на массив горных пород.
  • Шесть классов для трещин сдвига описаны в Таблице-1, а литологические типы пород описаны в Таблице-2.
  • Степень сдвига-1 представляет очень хорошую породу, в то время как степень сдвига-6 представляет трещиноватую и очень плохую породу. Аналогично, прочность и качество породы уменьшаются от литологического типа-1 к литологическому типу-9.
  • В основном, направление наклона пород было ориентировано в северном направлении, и они находятся под сильным влиянием деформаций сдвига.

    • Геологический разрез Готардского базового тоннеляГеологический разрез Готардского базового тоннеля
    Степень сдвигаОписание1Компетентный2Спорадические сдвиговые трещины, сликенсиды3Схистовые и слоистые породы, милониты, филлиты4Разрушенные, трещиноватые породы (доля каменной муки <10%, нарушена на <25% поверхности забоя тоннеля)5Разрушенные, рассыпчатые, рыхлые породы (доля каменной муки 10-30%, нарушена на >25% поверхности забоя тоннеля)6Порода с долей каменной муки >30% и пластичной консистенцией. Они могут быть деформированы вручную и нарушены на большей части поверхности забоя тоннеля.Таблица-1: Шесть классов для сдвиговых трещин
    Литологический типОписание1Пегматиты, амфиболиты, кварциты2Кварц- и полевошпатовые гнейсы, мигматиты3Полосчатые гнейсы4Гнейсы с высоким содержанием слюды, доломиты5Гнейсы с высоким содержанием сланцев6Шисты7Филлиты8Какириты (разломы)9Какириты с высокой пластичностью и высоким содержанием мелких частицТаблица-2: Литологические типы пород

    2. Методы проходки, использованные при строительстве Готардского базового тоннеля

    Для строительства Готардского базового тоннеля использовались два метода проходки: Обычный метод проходки и тоннелепроходческие машины (ТПМ). Эти методы подробно описаны в последующем разделе.

    2.1 Традиционный метод прокладки тоннеля

    Строительство подземного проема традиционным методом включает в себя следующую процедуру:

  • Сначала бурение и взрывные работы используются для выемки профиля тоннеля.
  • После этого навоз удаляется с помощью механического разгрузочного устройства.
  • Наконец, применяются элементы тоннельной обделки в зависимости от грунтовых условий.

    • Каждый из вышеперечисленных этапов выполняется циклически. Тоннель делится на небольшие сегменты, и для каждого сегмента выполняется одна и та же процедура. Опытная бригада тоннельных рабочих с помощью стандартного или специального оборудования выполняет каждый отдельный цикл строительства тоннеля.

    Преимущество традиционного метода прокладки тоннелей перед другими методами заключается в быстрой адаптации конструкции тоннеля в случае возникновения неблагоприятной ситуации. Таким образом, традиционный метод прокладки тоннелей предпочтителен в сильно меняющихся грунтовых условиях с существующей инфраструктурой.

    Строительство Готардского базового тоннеля с использованием Строительство Готардского базового тоннеля с использованием

    2.1.1 Оборудование, используемое при традиционной проходке тоннеля

    Для традиционной проходки тоннеля требуется следующий стандартный набор оборудования:

  • Буровая штанга используется для проходки взрывных скважин, отверстий под болты в породе и для сброса давления воздуха.
  • Дорожный коллектор используется в случаях, когда взрывные работы недопустимы
  • Подъемная платформа используется для того, чтобы рабочие могли добраться до венца и боковых граней тоннеля.
  • Подъемное оборудование необходимо для размещения стальных комплектов
  • Погрузчики или экскаваторы используются для погрузки вынутого навоза на самосвалы
  • Самосвалы необходимы для вывоза вынутой породы за пределы тоннеля
  • Манипуляторы для торкретирования необходимы для нанесения мокрого или сухого торкрета

    • Использование дорожного экскаватора для прокладки тоннеляИспользование дорожных экскаваторов для проходки тоннеля

    2.2.2 Вспомогательные технологии строительства

    Если при проходке тоннеля возникают неблагоприятные горные условия, наряду с традиционными методами проходки используются вспомогательные технологии строительства. Некоторые из вспомогательных строительных технологий описаны ниже:

  • цементация: Консолидированная цементация, цементация под давлением, цементация трещин и компенсационная цементация используются для уменьшения обрушения грунта в случае прокладки тоннеля через очень мягкие грунты.
  • Для стабилизации грунта и укрепления породы перед фактическим забоем тоннеля использовались такие технологии, как зонт из труб, форполинг, замораживание грунта, горизонтальная струйная цементация и т.д.

    • 2.2 Тоннелепроходческие машины (ТПМ)

    ТБМ обычно используются для проходки тоннеля кругового профиля. ТБМ может работать в различных грунтовых условиях – от очень мягких пород до очень твердых.

    Ниже описаны наиболее распространенные процедуры, используемые при строительстве тоннелей с помощью ТБМ:

  • Вращающийся режущий диск используется для выемки профиля тоннеля.
  • После выемки выработанный шлам удаляется с помощью механического разгрузочного устройства.
  • Наконец, устанавливаются опорные системы для уменьшения схождения грунта. Система поддержки включает сегменты бетонной обделки, скальные болты, стальные арки, торкрет-бетон и стальные сетки.

    • Ниже рассматриваются преимущества ТБМ перед традиционными методами прокладки тоннелей:

  • Строительство тоннеля с использованием ТБМ позволяет сэкономить время строительства благодаря более высокой скорости продвижения.
  • Если состояние грунта не сильно меняется, то скорость продвижения можно удвоить.
  • ТБМ используется для достижения постоянной формы поперечного сечения тоннеля по всей его длине.
  • ТБМ очень полезен при строительстве тоннелей большой длины.
  • ТБМ используется для проектов с хорошей доступностью

    • Чтобы узнать больше о работе и эксплуатации ТБМ, нажмите на ссылку:

    Тоннелепроходческая машина: Работа тоннелепроходческого гиганта

    2.3 Критерии выбора метода выемки грунта

    Методы выемки грунта при прокладке тоннелей выбираются в зависимости от типа проекта с учетом следующих моментов:

  • Требования к безопасности и здоровью рабочих, выполняющих проходку тоннеля
  • Экологические аспекты
  • Необходимость будущего расширения
  • Критерии проектирования тоннеля
  • Стоимость строительства
  • График строительства
  • Привлечение третьих сторон
  • Препятствия из-за существующих объектов, таких как дороги, здания, мосты, тротуары и железнодорожные переезды
  • Зона влияния фундамента существующих сооружений

    • Строительство Готардского базового тоннеля было разделено на пять участков, и для пяти участков были выбраны методы выемки грунта. Длина каждого участка варьировалась от 6 км до 15 км.

    Центральный участок Готардского базового тоннеля был назван Седрун и состоит из тоннеля длиной 6 км. С участка Седрун необходимо было начать проходку в северном и южном направлениях с помощью шахтного ствола глубиной 800 метров. Состояние породы на участке Седрун варьировалось от очень хорошей породы до очень плохой.

    Кроме того, давление вскрышных пород составляло более 1 км с высоким потенциалом выдавливания. Кроме того, зона влияния бетонной арочной плотины препятствовала проходке южной части тоннеля. В этих условиях инженеры решили выбрать традиционный метод проходки для участка Седрун.

    Остальные четыре участка из пяти были Амстег (11,4 км), Эрстфельд (7,1 км), Бодио (14,8 км) и Файдо (12,2 км). Состояние породы и другие граничные условия были хорошими для этих четырех участков. Таким образом, выбор метода проходки был сделан с учетом времени и стоимости строительства. Для проходки этих четырех участков были выбраны тоннелепроходческие машины (ТПМ). Основной причиной выбора ТБМ было сокращение времени строительства.

    Часто задаваемые вопросы

    Почему был построен Готардский базовый тоннель?

    Готардский базовый тоннель был построен для обеспечения более быстрого и надежного железнодорожного сообщения между Северной и Южной Европой.

    Какой самый длинный железнодорожный тоннель в мире?

    Готардский базовый тоннель является самым длинным железнодорожным тоннелем в мире.

    Какие методы прокладки тоннелей используются при строительстве Готардского базового тоннеля?

    Для строительства Готардского базового тоннеля использовались обычные методы проходки и тоннелепроходческие машины.

    Какие основные типы пород встречаются при строительстве Готардского базового тоннеля?

    В районе Готардского базового тоннеля встречаются такие породы, как гнейсы, филлиты и сланцы. Гнейсовые породы были в основном заполнены обломками мягкой почвы.

    Крах тоннеля Big Dig: Самый дорогостоящий тоннельный проект в истории США

    Тоннель под Ла-Маншем: Строительство самого длинного в мире подводного тоннеля

    Тоннель Атал Рохтанг: Строительство самого длинного в мире автодорожного тоннеля на высоте 10 000 футов

    Читайте далее:
    Понравилась статья? Поделиться с друзьями: