РЕКОНСТРУКЦИЯ ОДНОПУТНЫХ ТОННЕЛЕЙ ПОД ДВУХПУТНОЕ ДВИЖЕНИЕ

При проектировании тоннельных сооружений на железнодорожных линиях, которые первоначально сдаются в эксплуатацию как однопутные, всегда следует рассматривать два возможных варианта их сооружения. Один из этих вариантов должен предусматривать строительство однопутных тоннелей и лишь в дальнейшем при переводе линии на двухпутное движение выполняют реконструкцию этих эксплуатируемых тоннелей под двухпутный габарит или строят па­раллельно действующим вторые новые однопутные тоннели. В соот­ветствии с другим вариантом тоннели можно сооружать сразу под двухпутный габарит, но первоначально вплоть до перевода линии на двухпутное движение их эксплуатируют как однопутные.

Выбор варианта строительства должен быть тщательно обоснован и его целесообразность технико-экономически доказана. Необходима учитывать не только строительную стоимость сооружения и эксплуатационные расходы, но и стоимость работ по реконструкции тоннельного сооружения при переводе линии на двухпутное движение. Поэтому решающим фактором при выборе варианта будет являться разница в сроках сдачи в эксплуатацию первого и второго путей. Существенное значение имеет и стоимость реконструкции тоннельного сооружения, которая во многом зависит от инженерно-геологических условий, возможности применения высокопроизводительных машин и механизмов при переустройстве тоннелей, интенсивности движения поездов и других факторов.

Как по первому, так и по второму варианту построено немало тоннелей. В конце XIX и начале XX столетий на отечественных железнодорожных линиях сооружали, как правило, двухпутные тоннели, причем некоторые из них эксплуатировали в течение длительного времени как однопутные. За время эксплуатации требования к габаритам существенно изменились и это повлекло за собой при переходе на двухпутное движение необходимость в их реконструкции с целью ликвидации негабаритности или сооружения параллельно действующему нового однопутного тоннеля.

В последующие годы, как правило, строились однопутные тоннели, поэтому рано или поздно возникает вопрос об их переустройстве под двухпутное движение или строительстве вторых однопутных тоннелей.

При строительстве новых тоннелей объем горнопроходческих работ может оказаться несколько большим по сравнению с объемами работ по переустройству однопутного тоннеля под двухпутное движение, но тем не менее в настоящее время предпочтение чаще всего отдают первому варианту. Это объясняется тем, что при строительстве новых тоннелей всегда имеется возможность широко применять щитовую проходку, сборные железобетонные конструкции и комплексную механизацию работ, в то время как реконструкция ведется, как правило, без перерыва движения поездов, в крайне стесненных условиях, где современные методы строительства и механизации не всегда могут быть в должной мере использованы.

Однако в некоторых случаях вариант переустройства однопутного тоннеля под двухпутное движение может оказаться предпочтительнее. Этот вариант следует принимать тогда, когда эксплуатируемый однопутный тоннель не отвечает требованиям современного габарита и необходима его реконструкция с целью ликвидации негабаритности. Тогда становится целесообразным реконструировать такой однопутный железнодорожный тоннель сразу под двухпутное движение.

Переустройство однопутного тоннеля в двухпутный можно вы­полнять либо изнутри тоннеля с доработкой породы, разборкой всей или части старой обделки и возведением взамен нее новой, либо снаружи с разработкой породы по наружному контуру существую­щей выработки, возведением новой и последующей разборкой ста­рой обделки.

Выбор внутреннего или наружного способа переустройства зави­сит главным образом от продолжительности перерывов между поез­дами, инженерно-геологических условий, поперечного сечения су­ществующей обделки, а также ее состояния и возможности частично­го использования.

Переустройство тоннелей внутренним способом. Этот способ является весьма трудоемким и малопроизводительным, требует пре­доставления «окон» большой продолжительности. Но он обладает и некоторыми преимуществами, благодаря чему находит иногда при­менение при переустройстве коротких тоннелей. Способ дает возмож­ность при расширении профиля дорабатывать породу в минимально необходимом объеме. Кроме того, достоинством внутреннего способа является возможность частичного использования существующей обделки однопутного тоннеля, если она находится в удовлетвори­тельном состоянии.

При переустройстве тоннелей внутренним способом возможны два варианта производства работ. В первом варианте сечение тон­неля расширяют симметрично в обе стороны от его оси (рис. 72, а), разбирая полностью существующую обделку. Зато глубина доработ­ки породы по ее периметру минимальна, что несколько упрощает крепление прорезей.

Во втором варианте породу дорабатывают лишь с одной стороны и это позволяет частично использовать существующую обделку (рис.

Рис. 72. Двустороннее (а) и одностороннее (б) расширение профиля однопутного тоннеля под двухпутное движение: 1 — опалубка; 2 — предохранительные кружала; 3 — старая обделка; 4 — новая обделка

72, б) путем ее сопряжения с новой в пределах между замком и чет­вертью свода. Место сопряжения зависит от очертания существующе­го свода и проектируемой двухпутной обделки.

В обоих вариантах разбираемую обделку предварительно закреп­ляют при помощи кружальных арок и лишь после этого приступают к разборке старой обделки, доработке породы и сооружению новой обделки. Все работы ведут отдельными участками аналогично опи­санным в § 16 работам по замене существующей конструкции обделки более мощной.

Переустройство тоннелей наружным способом. Этот способ дает возможность практически вести работы без перерыва движения поез­дов, что значительно упрощает, ускоряет и снижает их трудоемкость. Однако оно требует несколько большего объема доработки породы, чем внутренний способ, так как все работы ведутся в пространстве между наружными или внутренними контурами старой и новой вы­работок.

При переустройстве тоннелей этим способом возможны два ва­рианта ведения работ: с помощью щитового механизированного комп­лекса и горным способом.

Безусловно, щитовой способ реконструкции обладает всеми пре­имуществами перед горным, однако вследствие сложности реше­ния некоторых вопросов и, в частности, проходки кривых участков его широкое применение сдерживается. Все работы по переустройству однопутного тоннеля под двухпутное движение с помощью щитового комплекса можно выполнять аналогично тому, как их делали при ликвидации негабаритности двухпутных тоннелей. Конструкция самого щита, комплекса и обделки может оставаться практически без изменения, с той лишь разницей, что секции катучих подмостей должны быть выполнены с учетом внутреннего очертания существующей обделки однопутного тоннеля.

В горном способе переустройства профиль дорабатывают по наружному контуру существующей обделки, используя ее как опору для крепи, а в некоторых случаях и как кружала для новой двухпутной обделки. Все работы независимо от состояния существующей конструкции начинают с установки несущих кружал и опалубки, которые снимают лишь после разборки старой обделки.

Рис. 73. Схема последовательности выполнения работ по доработке сверху вниз профиля однопутного тоннеля под двухпутное движение: 1 — проходка верхней штольни; 2 — разработка калотты; 3,4 — разработка боковых штросс; V, VI — бетонирование стен; VII — бетонирование свода

В этом случае возможны так же два варианта доработки профиля тоннеля: сверху вниз и снизу
вверх, практически аналогичные применяемым при строительстве новых тоннелей способам полностью раскрытого профиля и опорного ядра.

По первому варианту доработку профиля начинают с проходки верх­ней штольни и далее ведут симмет­рично в обе стороны от оси, посте­пенно опускаясь к фундаментам но­вой обделки (рис. 73). После полной доработки профиля возводят новую обделку двухпутного очертания, бе­тонируя ее снизу вверх.

Второй вариант предусматривает первоначальную проходку боковых штолен первого и второго ярусов, бетонирование стен, а затем разра­ботку калотты и сооружение свода (рис. 74). Этот вариант чаще приме­няют при переустройстве тоннелей, расположенных в слабых породах, так как он дает возможность сра­зу после бетонирования стен передать нагрузку на старую обделку.

УДЛИНЕНИЕ ТОННЕЛЯ

В результате недооценки ряда факторов, влияющих на устойчи­вость лобового откоса, а иногда и по соображениям прямой экономии при проектировании и строительстве, идут на укорочение тоннеля, отодвигая его портал в глубь массива, увеличивая при этом соответ­ственно длину и глубину подходной выемки, а также высоту лобового откоса. В некоторых случаях это может вызвать во время эксплуата­ции сползание надпортальных откосов и повлечь за собой серьезные деформации или даже разрушения порталов, оголовков и припортальных участков тоннеля (рис. 75). Кроме того, сползание и обрушение с боковых и лобового откосов значительных объемов грунта пред­ставляет угрозу безопасности движения поездов.

Принимаемые меры по укреплению откосов и повышению их устой­чивости при значительной глубине выемки не дают обычно желаемых результатов и в этом случае, как правило, единственной радикальной мерой, которая может обеспечить безопасность движения поездов, является удлинение тоннеля.

Рис. 74. Схема последовательности выполнения работ по доработке •снизу вверх профиля однопутного тоннеля под двухпутное движение:

Работы по удлинению тоннеля ведут открытым способом и начинают с разборки портала или оголовка. Затем в выемке сооружают обделку требуемой длины и возводят портал на новом месте. Завершают работы восстановлением лобового откоса и его уполаживанием, при этом в случае необходимости делают обратную засыпку выемки и обделки на удлиненном участке тоннеля.

Значительно сложнее условия производства работ в тех случаях, когда необходимость в удлине­нии тоннеля вызвана постепен­ным сползанием или обрушением бокового откоса полувыемки. Особенно усложняются работы при необходимости сооружения обделки в выемке, откос которой был разработан заподлицо с внутренним очертанием стены обделки и портала (рис. 76). В таких случаях при удлинении тоннеля приходится добирать снизу откос полувыемки до профиля выработки тоннеля и возводить сначала стены, а затем уже всю обделку. При этом высота и профиль откоса, а также его геологическое строение и обводненность будут оказывать существенное влияние на условия производства работ. Конструкция удлиняемой части сооружения может быть выполнена по тем же типам обделки, какие были применены ранее в тоннеле, или может быть осуществлена в виде галереи. Восстановление существующей обделки целесообразно в тех случаях, когда удлинение тоннеля производят в выемке. Если же удлиняемая часть тоннеля расположена в полувыемке, то предпочтение следует отдать тоннельной галерее.

Наибольшее распространение получили галереи в виде железобетонной конструкции с плоским перекрытием (рис. 77). Стену галереи с нагорной стороны в неустойчивых породах выполняют глухой и массивной; в устойчивых скальных породах вместо сплошной стенки могут быть возведены отдельные опоры, поддерживающие продольную балку, на которую опирается перекрытие. С подгорной стороны, как правило, всегда сооружают отдельные опоры, просветы между которыми играют роль ниш, обеспечивают освещенность сооружения и способствуют его проветриванию.

Рис. 75. Обрушение надпортального откоса

Рис. 76. Сопряжение откоса полувы­емки с обделкой тоннеля

Перекрытие галереи делают с уклоном в подгорную сторону и по нему устраивают грунтовую
подушку. Это смягчает удары и облегчает скатывание кусков породы, падающих с откоса полувыемки. Вопросу правильного выбора местоположения порталов, от которого зависит глубина предпортальной выемки и высота лобового откоса, следует уделять особое внимание. Недооценка устойчивости откосов может привести к весьма серьезным последствиям, требующим принятия срочных мер, сводящим на нет всю экономию, которая была получена в результате постройки тоннеля меньшей длины. В практике тоннелестроения известен случай, когда один из двухпутных тоннелей из-за неустойчивости лобового и бокового откосов подвергался за период с 1883 до 1960 г. четыре раза удлинению. При этом его длина возросла с 64 до 275 м.