ТОННЕЛИ
Профиль и план. Технические условия на сооружение. Вентиляция. Обделка. Эксплуатация и ремонт
В Соединенных Штатах имеется более 1 500 железнодорожных тоннелей общей длиной около 515 км. Длина самого короткого из них — 9,1 м, самого длинного — 12,5 км.
В США и Канаде имеется около 430 железнодорожных тоннелей длиной 305 м и более, в том числе 10 длиной 3 050 м и более.
К сооружению тоннеля прибегают обычно лишь в тех случаях, когда стоимость открытой выемки чрезмерно высока или другие варианты нецелесообразны (рис. 37). Достоинством тоннеля является то, что он обычно дает возможность проложить кратчайшую трассу к намеченной цели, которая иначе может быть достигнута лишь со значительным развитием линии. Последнее связано с серьезными затруднениями для эксплуатации (крутые кривые, тяжелые подъемы) и для строительства (пересечения водотоков). Однако тоннелям присущ и ряд важных недостатков: их габариты стесняют движение; при наличии тоннелей возникают вопросы вентиляции, водоотвода, проскальзывания колес подвижного состава, коррозии рельсовых скреплений; содержание пути в тоннелях связано с затруднениями. Поэтому в некоторых случаях оказывается выгодным превратить тоннель в открытую выемку, разобрав свод. Часто такое переустройство может быть оправдано значительным снижением стоимости механизированных земляных работ в настоящее время, по сравнению с тем периодом, когда сооружались старые тоннели.
При сооружении тоннелей часто приходится считаться с неизвестными геологическими условиями. В настоящее время установились определенные принципы сооружения тоннелей, которые касаются не только методов строительства и его стоимости, но также и будущей эксплуатации. Наиболее важные из них следующие:
1) в скальных грунтах надо избегать пересечения плоскостей сброса; известны случаи, когда при землетрясениях тоннели в подобных геологических условиях оказывались разделенными на две части, смещенные относительно оси;
2) величину уклона в тоннеле следует назначать в результате тщательного изучения его целесообразности и экономичности;
3) следует предусмотреть достаточный запас в длине тоннеля;
4) вопросы водоотвода должны быть тщательно разработаны в проекте;
5) необходимо устроить хороший путь;
6) если предварительное изучение указывает на возможность неблагоприятных условий задымленности и загазованности, необходимо предусмотреть увеличение площади поперечного сечения тоннеля; для всех тоннелей, длина которых превышает 765 м, должна быть предусмотрена искусственная вентиляция;
7) следует, по возможности, избегать любого закругления или уклона, нарушающего линию видимости между порталами.
Профиль и план. Нежелательность применения в тоннелях крутых уклонов общепризнана. В Северной Америке в 74% тоннелей длиной от 305 м и более уклоны не превосходят Ю%0, в том числе 2% тоннелей расположены на площадках. В 23% тоннелей уклоны имеют Ееличину от 10 до20%0 и лишь 3% тоннелей, находящихся на дорогах Запада в горных условиях, расположены на уклонах более 20%о.
Целесообразность пологих уклонов объясняется следующими соображениями:
1) сажа и конденсирующаяся влага, собирающиеся на рельсе, затрудняют тягу локомотива в тоннеле; крутые подъемы требуют при этом интенсивной работы песочниц, что способствует загрязнению балласта, препятствует отводу воды и повышает эксплуатационные расходы;
2) значительные подъемы требуют форсированной работы локомотива, что приводит к накоплению горячих газов, опасных для поездных бригад и живности, перевозимой в вагонах;
3) крутые уклоны в малых тоннелях являются источником потери скорости поездами и сопровождающего их ущерба;
4) трудность в последующем изменении уклона в тоннеле часто приводит к тому, что тоннель лимитирует пропускную способность линии, не давая возможности осуществить на ней смягчение профиля;
5) вследствие затруднительности содержания пути в тоннеле сопротивление движению поезда часто оказывается больше, чем на открытом участке с таким же уклоном;
6) при ограниченной величине отверстия возрастает лобовое сопротивление воздуха движению поезда, особенно при движении его навстречу вентиляционному потоку.
Желательно располагать тоннели на прямых. Такому расположению присущи следующие достоинства: 1) улучшается видимость для машиниста, что способствует повышению безопасности движения поездов; 2) облегчается вентиляция; 3) не требуется компенсации кривизны соответствующим уменьшением уклона; 4) облегчается содержание пути и улучшается его качество.
Вентиляция. Одной из важных проблем эксплуатации тоннелей является проблема вентиляции. Многие из эксплуатируемых в настоящее время тоннелей были построены в то время, когда обращались локомотивы со значительно меньшими габаритами, чем современные. С ростом размеров подвижного состава уменьшился свободный зазор в тоннеле при проходе поезда, что препятствует удалению дыма и газов, повышая их концентрацию.
Количество выделяемого дыма и газов также увеличилось в результате увеличения веса поездов и повышения мощности локомотивов.
Исследования, проведенные при проходе поездов, показали, что наиболее вероятно появление в тоннеле окиси углерода, углекислоты и сернистого газа. В выхлопных газах тепловозов обычно содержатся окислы азота. Помимо дыма и газов, нежелательны также сырость и высокая температура в тоннеле. Удовлетворительная работа вентиляции, особенно при длине тоннеля больше 305 м, связана со многими сложными факторами. Много однопутных тоннелей длиной более 1 200 м работают удовлетворительно без искусственной вентиляции. Вентиляция с помощью шахт, как правило, неудовлетворительна; в современных конструкциях этот метод практически не применяется, хотя существует несколько сравнительно коротких тоннелей, где такая вентиляция удовлетворительно выполняет свое назначение.
Наиболее целесообразно применение для рассматриваемой цели электрических вентиляторов (рис. 38). Обычно создают поток воздуха, движущийся от одного конца тоннеля к другому. Направление этого потока может совпадать с направлением движения поезда, вынося газы и дым вперед локомотива. В других случаях струю воздуха направляют навстречу движущемуся поезду. Для включения вентиляции применяют различные методы, в том числе реле, срабатывающие от замыкания рельсовой цепи при приближении поезда и от размыкания ее после его удаления. Применяют также систему дистанционного включения вентиляции с блок-постов или станций
Обделка тоннелей. Из общего количества 430 тоннелей большой длины, находящихся в эксплуатации, около 40% имеют бетонную обделку, 20% — каменную, кирпичную или из камня и кирпича, 12% —деревянную, 20% — из комбинации указанных выше материалов и 8% тоннелей обделки не имеют.
В настоящее время для замены обделки старых тоннелей и устройства ее в новых, как правило, применяют бетон или железобетон. Применяют для этой цели также торкрет, который иногда наносят по арматуре или по металлическим листам.
Каменную и кирпичную тоннельные обделки в США и Канаде практически уже не применяют вследствие их высокой стоимости и отсутствия квалифицированных каменотесов.
Легкая приспособляемость бетона к любым условиям строительства, его сравнительно низкая строительная стоимость и небольшие расходы на содержание привели к широкому применению бетонных обделок. Для бетонирования применяют подвижную опалубку и бетононасосы.
Железобетонную обделку устраивают в тех случаях, когда имеет место высокое горное давление, вообще же говоря, удобнее применять для обделок бетон, в связи с тем, что его легче укладывать в формы. Для размещения арматуры (рис. 39) и нормальной ее работы толщину обделки приходится увеличивать.
Одним из недостатков железобетонной обделки является ржавление арматуры вследствие просачивания воды, с последующим появлением трещин в бетоне.
В некоторых старых тоннелях заметны повреждения бетонной обделки свода. Этот дефект объяснялся низким качеством бетона и вредным действием сернистого газа, содержащегося в паровозном дыме. Увеличение сечения тоннеля и повышение плотности бетона значительно улучшили положение.
Торкрет представляет собой хороший материал для тоннельной обделки. Его можно наносить непосредственно на скалу, он служит защитным слоем для листов металлической обделки, а также употребляется для замены или ремонта повреждений обделки из бетона или кирпича. При условии хорошего ухода во время твердения торкрет оказывается предохраненным от появления в нем волосных трещин; при этом полностью проявляются его положительные свойства. В частности, благодаря высокой плотности торкрет-бетон хорошо сопротивляется действию сернистого газа.
БАРЫКОВА Н.Г., ГЛУЗМАН И.С. АМЕРИКАНСКАЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНАЯ ЭНЦИКЛОПЕДИЯ — М.: ТРАНСЖЕЛДОРИЗДАТ, 1959.
