Туннель Атал Рохтанг: Строительство самого длинного в мире автодорожного тоннеля на высоте 10 000 футов - Строительство и ремонт

Тоннель Атал (Рохтанг) – это автодорожный тоннель, построенный на высоте 3060 м над средним уровнем моря, что делает его самым высоким автодорожным тоннелем в мире. При длине 9,02 км он также является самым длинным двунаправленным однотрубным автодорожным тоннелем Индии.

Туннель ранее был известен как туннель Рохтанг и был переименован в честь бывшего премьер-министра Индии Атала Бихари Ваджпаи. Он расположен под горным хребтом Пир-Панджал в Гималаях, недалеко от перевала Рохтанг в штате Химачал-Прадеш, Индия.

Тоннель Атал Рохтанг

Этот проект считается ключевым событием для индийских сил обороны, поскольку он соединяет долину Манали и Лахаул. Туннель также сократит расстояние между Манали и Лехом на 46 км. Ранее дорожное сообщение было ограничено только одним сезоном в году, так как зимой перевал Рохтанг остается закрытым из-за сильных снегопадов.

Это тоннель в форме лошадиной ноги с приподнятыми пешеходными дорожками по обе стороны от дорожек. Он оборудован полупроходческой вентиляционной системой и служебным тоннелем для технического обслуживания и аварийного выхода.

Тоннель был построен с использованием нового австрийского метода прокладки тоннелей (NATM) и рассчитан на максимальную скорость 80 км/ч. Раскопки проводились каждый год с июня по декабрь. поскольку в остальное время года строительство было невозможно из-за скопления большого количества снега у портала тоннеля.

2. Проблемы, возникшие при прокладке тоннеля, и меры по их устранению

2.1 Основные проблемы, возникшие при прокладке тоннеля
2.2 Меры по их устранению

3. Процесс строительства тоннеля Рохтанг

3.1 Строительство тоннеля с использованием НАТМ
3.2 Сроки строительства тоннеля Рохтанг

Часто задаваемые вопросы

1. Геология тоннеля Рохтанг

Гималаи полны геологических неопределенностей из-за разломов, складок и сдвиговых зон, вызванных продолжающейся тектонической деятельностью. Поэтому перед строительством любого крупного сооружения в этом регионе необходимо изучить геологию Гималаев.

Участок имеет сложную геологию с перемежающимися породами вдоль трассы тоннеля. Типы пород состоят из кварцитового сланца, филлита и магматического гнейса.

Среднее направление падения и погружения этих пород составило 220° и 250°, соответственно. Это показывает, что породы равномерно наклонены по всей траектории тоннеля.

При строительстве тоннеля были обнаружены две основные сдвиговые зоны. Прокладка тоннеля в зонах сдвига затруднена из-за вероятности взрыва породы.

Свойства пород для туннеля Рохтанг

Наличие пород хорошего качества желательно для процесса прокладки тоннеля, и индексные свойства пород могут помочь оценить качество породы. Индексные свойства пород, присутствующих вдоль трассы туннеля Рохтанг, приведены ниже:

Тип породы/свойстваФиллитКварцитовый сластМагматический гнейсПлотность (гм/куб.см)2.692.732.68Пористость0.480.490.61Удельный вес2.772.732.73Скорость звуковой волны (км/сек)3.664.02.53Индекс прочности озер (%)98.9498.7898.70Содержание воды0.190.190.22Индекс свойств пород тоннеля Рохтанг

Плотность и скорость звуковой волны самые высокие в кварцитовом сланце; таким образом, он плотнее других пород. Однако индекс прочности на расслаивание для всех пород почти одинаков, что указывает на высокую прочность пород.

В течение половины года периферия туннеля Рохтанг покрыта снегом, а пористость пород находится в диапазоне от умеренной до высокой. Поэтому вероятность попадания воды во время строительства была очень высока.

Прочность горной массы на сжатие и растяжение очень важна для проектирования туннелей. В основном, скорость износа режущей головки тоннелепроходческой машины (ТПМ) и прочность горной массы определяют количество взрывчатых веществ, необходимых для NATM. Ниже приведены прочностные характеристики горной массы, имеющейся вдоль трассы тоннеля:

Тип породы/СвойстваФиллитКварцитовый сланецМагматический гнейсПрочность на одноосное сжатие (МПа)10611247Прочность на растяжение (МПа)13116Когезия (МПа)43,53Угол трения340370390Модуль упругости (ГПа)424315Свойства горной массы тоннеля Рохтанг
Геология вдоль трассы тоннеля

2. Проблемы, возникающие при прокладке тоннеля, и меры по их устранению

Прокладка тоннеля в молодых Гималайских горах представляет собой сложную задачу из-за существующих геологических структур и тектонической активности. На этапе строительства произошло много непредвиденных событий, которые заставили команду изменить методы проходки и систему поддержки. Эти проблемы описаны ниже:

Тоннель подвергся максимальной вскрышной нагрузке в 2000 м. Огромное давление вскрышных пород вызвало деформацию венца, изгиб решетчатых балок, трещины в торкрет-бетоне и камнепады.

Адгезия между бетоном и сланцевой породой была очень слабой. Поэтому слой торкрет-бетона терял свои адгезионные свойства, что приводило к его разрушению в местах, где присутствовала сланцевая порода.

В основном в области венца два комплекта швов были выровнены в перпендикулярном направлении. Таким образом, разрушение клина в области венца было обычным явлением.

Во время строительства туннеля произошло внезапное обрушение 50-метрового участка кровли, но, к счастью, обошлось без человеческих жертв. Проходческая часть туннеля находилась в 100 м впереди обрушившегося участка. На ремонт обрушившегося участка ушло почти два месяца. Ремонтные работы проводились путем переустановки решетчатых балок, переустановки и наращивания скальных болтов, а также дробления с использованием проволочной сетки.

Во время строительства основной проблемой было наличие времени, так как продвижение тоннеля было возможно только с июня по декабрь. Это основная причина того, что строительство тоннеля заняло более десяти лет.

Обрушившаяся крыша тоннеля Рохтанг

2.1 Основные проблемы возникшие во время прокладки тоннеля

Помимо вышеупомянутых проблем, были отмечены некоторые серьезные осложнения, которые рассмотрены ниже:

2.1.1 Сдавливание породы

Скальный массив пытается мобилизоваться для обеспечения устойчивости после проходки в нем отверстия. Однако при прокладке тоннеля в бедных породах при повышенном давлении вскрышных пород происходит разрушение массива породы до мобилизации. Этот процесс называется выдавливанием породы.

На участке туннеля Рохтанг слюдяно-сланцевая порода была самой бедной, что привело к выдавливанию горной массы в этих местах.

Выдавливание породы

2.1.2 Разрыв горной породы

Разрыв породы обычно наблюдается в твердых породах из-за увеличения давления вскрышных пород. В туннеле Рохтанг наблюдались слабые и умеренные условия разрыва породы.

2.1.3 Задержка в установке крепи

После очистки проходческой зоны от навоза были установлены решетчатая балка, проволочная сетка и торкрет-бетон. Скальные болты были установлены позже, после шести или семи раундов торкретирования. Это привело к деформации по периметру тоннеля.

2.1.4 Концентрация напряжений вокруг отверстия тоннеля

Если расположение тоннеля совпадает с ориентацией плоскости сложения, то концентрация напряжений наблюдается больше по периферии тоннеля. Такое состояние наблюдалось в нескольких местах во время проходки тоннеля Рохтанг. Повышенная концентрация напряжений привела к изгибу решетчатых балок.

2.1.5 Оставление щели в торкрет-бетоне при установке первичной опоры

Как правило, щель в торкрет-бетоне действует как явный регулятор напряжения в обделке. Поэтому она была создана в первые годы продвижения тоннеля. Однако этот процесс оказался пагубным, поскольку в долгосрочной перспективе он позволил распространиться трещинам в окружающем массиве породы.

2.2 Меры по устранению последствий

Чтобы избежать обрушения тоннеля, были приняты следующие меры по исправлению ситуации:

В торкрет-бетоне больше не предусматривались пазы, которые могли бы служить регулятором видимого напряжения в обделке.

Были установлены болты, перпендикулярные плоскости сложения, особенно в местах, где концентрация напряжений была высокой.

Для определения чрезмерной деформации был проведен непрерывный трехмерный мониторинг опор и деформации тоннеля.

Скальные болты и проволочная сетка были должным образом связаны, а торкрет-бетон был нанесен монолитным способом. Это обеспечило равномерное распределение концентрации напряжений по периферии проема тоннеля.

Для определения допустимой деформации перед установкой основной опорной системы были разработаны кривые реакции грунта.

Для предотвращения обрушения кровли заранее была установлена одно- или двухтрубная кровля.

Скальные болты были установлены сразу после расчистки навоза. Это уменьшило деформацию по периферии тоннеля.

Установка двухтрубной кровельной системы перед продвижением тоннеля
Установка дополнительных скальных болтов в зоне обрушения

3. Процесс строительства тоннеля Рохтанг

Для строительства тоннеля Рохтанг предпочтение было отдано НАТМ, а не ТБМ. Основными причинами отказа от использования ТБМ являются:

Ожидались высокие деформации и давление на тоннель. Таким образом, ТБМ мог заклинить в таких ситуациях.

Перевозка тяжелых деталей машин по гималайским мостам была рискованной, поскольку гималайские дороги не рассчитаны на большие нагрузки. Кроме того, плохие дорожные условия и крутые повороты делают перевозку опасной.

Процесс строительства туннеля Рохтанг рассматривается в двух сегментах. В первом сегменте рассматривается общая последовательность строительства тоннеля с использованием NATM, а во втором сегменте описываются сроки строительства.

3.1 Строительство тоннеля с использованием НАТМ

NATM – это не метод строительства тоннеля, а стратегия, которая упорядочивает все строительные работы, при этом основными принципами являются безопасность и экономичность. Гибкость в эксплуатации и строительных работах является основным преимуществом метода NATM. Она может использоваться для твердых пород, мягких пород и смешанных грунтовых условий. Ниже описана общая последовательность строительства тоннеля с использованием NATM:

Сначала на забое тоннеля размечаются отверстия для бурения на основе схемы взрывных работ. После этого отверстия бурятся с помощью ручных экскаваторов, если забой представляет собой мягкий грунт/скалу, или с помощью буровых машин, если забой представляет собой твердую породу.

Далее взрывчатые вещества вставляются в пробуренные отверстия и соединяются с детонаторами, которые подключаются к одному главному соединению.

В месте соединения всех детонаторов происходит детонация, что создает цепную реакцию взрывов.

После полного удаления пыли и вредных газов, образовавшихся в результате взрыва, сыпучие материалы удаляются из забоя тоннеля.

После удаления сыпучих материалов на периферии тоннеля устанавливаются первичные опоры. В качестве первичных опор используются торкрет-бетон или скальные болты.

Попадание воды внутрь туннеля является серьезной проблемой, поскольку это может привести к разрушению конструкции. Чтобы избежать такой ситуации, после установки первичной опорной системы предусматривается гидроизоляционная мембрана.

Если пласты требуют большей поддержки и структурной стабильности, могут быть установлены опоры в виде решетчатых балок, стальных ребер и второго слоя торкрет-бетона.

Наконец, по всей периферии участка тоннеля устанавливаются сборные бетонные обделки.

3.2 Сроки строительства тоннеля Рохтанг

Идея строительства тоннеля Рохтанг впервые возникла более 15 лет назад. Совместное предприятие Afcons и Strabag выиграло тендер на проектирование, закупку и строительство (EPC) за 1 458 рупий у Пограничной дорожной организации (BRO) в 2009 году.

Порталы туннеля были построены с северного и южного направлений, так как промежуточная отправная точка была невозможна из-за рельефа местности. Если с южного портала можно было работать с ограничениями в течение всего года, то к северному порталу можно было попасть только через перевал. Поэтому только шесть-семь месяцев в году были эффективно доступны для работы. График строительства туннеля Рохтанг рассматривается ниже:

В 2010 году начались работы по проходке тоннеля с обеих сторон портала. Для прокладки тоннеля использовались двухорудийные бумеры и экскаваторы. После шести месяцев работы было пройдено около 1 метра тоннеля.

В ноябре 2012 года строительные работы приостановились более чем на год из-за попадания воды в туннель, к задержке привело постоянное водопонижение.

16 октября 2013 года произошло обрушение кровли туннеля. До этого происшествия уже было пройдено 1,95 км тоннеля. На ремонт обвалившегося участка ушло более двух месяцев.

В 2014 году была завершена половина работ по строительству туннеля. Общая длина тоннеля 2,25 км и 2,7 км была пройдена от северного и южного портала соответственно.

Наконец, земляные работы были завершены 13 октября 2017 года. После этого были выполнены работы по укладке бетонной нагрузки, установке электромагнитной арматуры, освещения, интеллектуальной системы управления движением, вентиляционной системы и другие различные работы.

Часто задаваемые вопросы

Почему при строительстве тоннеля Рохтанг не были использованы тоннелепроходческие машины?

Ниже приведены основные причины отказа от использования тоннелепроходческих машин (ТПМ) для строительства тоннеля Рохтанг:
1. В туннеле ожидались большие деформации и давление. Таким образом, в подобных ситуациях ТБМ могло заклинить.
2. Транспортировка тяжелых частей машины по гималайским мостам была рискованной, поскольку гималайские дороги не рассчитаны на большие нагрузки. Кроме того, плохие дорожные условия и крутые повороты делают транспортировку опасной.

Какова длина туннеля Рохтанг?

Тоннель Рохтанг – самый высокий в мире автомобильный тоннель длиной 9,02 км.

Каково значение туннеля Рохтанг?

На какой высоте от среднего уровня моря находится туннель Рохтанг?

Туннель Рохтанг был построен на высоте 3060 м над средним уровнем моря, что является самым высоким показателем в мире.

Статуя единства: Конструктивные и строительные особенности самой высокой статуи в мире

Отказы при прокладке тоннелей – причины и способы устранения [PDF]

Структурные детали Бурдж Халифа – бетонное основание и фундамент

Читайте далее: