О тоннеле на остров Сахалин
ХХI век по праву можно считать не только временем развития новых технологий, но и их внедрения. Современные инженерные решения воплощаются во многих отраслях.
Сахалин. Источник: sakhalin.gov.ru
Примером тому может служить строительство первой в мире плавучей атомной теплоэлектростанции, которая в 2019 году начала давать тепло и электричество на Чукотском полуострове. Не отстает во внедрении новых технологий и направление по освоению подземного пространства.
Новые технологии реализуются в масштабных транспортных проектах, обеспечивая экономическое развитие регионов, разгрузку существующих транспортных магистралей, появление новых рабочих мест, туристическую привлекательность. После окончания строительства таких уникальных сооружений, как объекты к проведению зимней Олимпиады 2014 года, мостовые переходы в Крым, объекты к проведению Чемпионата мира по футболу 2018 года, появляется необходимость развития транспортной инфраструктуры других российских регионов.
В комплексный план модернизации и расширения магистральной инфраструктуры на период до 2024 года, утвержденный Правительством Российской Федерации, включено строительство железнодорожной линии Селихин — Ныш с переходом пролива Невельского.
Предполагаемый транспортный переход пролива Невельского располагается в весьма сложной с геологической точки зрения пограничной зоне между двумя крупнейшими геоструктурными провинциями: Центрально-Евро-Азиатской на западе и Тихоокеанскойна востоке.
Каждая из провинций представлена соответственно Буреинско-Сихоте-Алиньским и Курильским регионами. Граница между провинциями в районе перехода имеет меридиональное направление и проходит по проливу Невельского. Наименьшая ширина пролива (между мысом Среднимна западе и Погиби- на острове Сахалин) 7,8 км.
В комплексном проекте железнодорожного соединения острова Сахалин с единой транспортной сетью страны (проект строительства железнодорожной линии Селихин — Ныш) барьерным, наиболее сложным и дорогостоящим объектом является строительство постоянного перехода через Татарский пролив в наиболее его узком месте (пролив Невельского) в районе мыса Лазарев (материк) — мыс Погиби (о. Сахалин).
Рис. 1. Тоннельный вариант перехода через пролив Невельского
Поэтому выбор вариантов технических решений и конструкций инженерных сооружений транспортного перехода имеет решающее значение при определении экономической оценки всего проекта в целом в период строительства и эксплуатационной эффективности и надежности в последующем.
На выбор вариантов инженерных сооружений транспортного перехода через пролив Невельского огромное влияние оказывают сложные инженерно-геологические и природно-климатические условия района предстоящего строительства и последующей эксплуатации.
В инженерно-геологическом плане это мощный слой (до 30 метров) донных осадочных отложений с низкой несущей способностью, а также высокая сейсмическая активность в районе строительства с вероятностью землятресений до 9 баллов по шкале Рихтера.
Для гидрологии пролива характерны периодические изменения направленности течений с переносом значительных масс донных отложений в прибрежных зонах. В осенне-зимний период частые штормовые явления создают неблагоприятную ледовую обстановку и обледенение судов, а также береговых инженерных конструкций.
Климатические условия
Климат района работ является муссонным. Характеризуется господствующими ветрами северных направлений в зимний периоди Южных- в летний.
Осадки: среднегодовое количество осадков составляет 736 мм, максимальное 1416 мм; суточное измеренное- 80 мм. 61 % осадков выпадает в теплое время года (май-октябрь). Снежный покров устанавливается в конце октября и достигаетв феврале-марте 35-40 см (максимально 74 см). Гололедные явления наиболее часты в апреле-мае, толщина гололедных стенок достигает 20-25 см.
Температуры: среднегодовая температура воздуха составляет минус 2,2 °С, минимальная — минус 47 °С (январь), максимальная плюс 31 °С, самой холодной пятидневки минус 30 °С.
Ветры: в зимний период повторяемость ветров северного и северо-западного направлений составляет 53-54 %, южных 24-25 %. В теплое время года, наоборот, преобладают южные и юго-западные ветры (45-46 %). Ветры слабые и умеренные (до 10 м/с) наблюдаются в 78 % случаев ветреных дней, штормовые (более 15 м/с) 45-47 дней в году. В зимнее время (декабрь-январь) ветры могут достигать силы до 27-29 м/с, при порывах до 45-46 м/с.
Гидрологический режим
Уровень воды в проливе определяется приливо-отливными, сгонно-нагонными и сейшевыми явлениями. Наибольшая величина приливов (по астрономическим условиям) достигает 2,20-2,25 м при средней величине 1,50-1,55 м; максимальное нагонное повышение уровня при штормовых ветрах северного направления — 0,8 м. Понижения сгонного характера значительных изменений уровня воды не вызывают, поскольку определяются лишь ростом атмосферного давления. Сейшевые колебания уровня могут достигать 0,45-0,50 м/с периодом от 8 до 30 минут. В Балтийской системе высот средний уровень составляет 0,22 м, экстремальные 2,62 м и минус 1,03 м.
Волновой режим в проливе умеренный. Повторяемость ситуаций с высотой волн более 1,0 м составляет 22 %. Максимальная высота волны достигает 2,70 м (1 раз в 50 лет). Волны цунами в вершину Татарского пролива не проникают.
Течения на участке пролива Невельского носят преимущественно реверсивный характер с некоторым преобладанием южных направлений — к Японскому морю. Продолжительность направленных в одну сторону течений при исключительно высоких нагонах может достигать 92 ч. Наибольшие скорости течения наблюдаются в глубоководной части пролива (желоба). Они достигают при отсутствии льда в приповерхностном слое 2,35 м/с, у дна — 1,8 м/с. При полном замерзании пролива максимальные скорости формируются в 2-3 м от дна и составляют 1,3 м/с. По мере уменьшения глубин в проливе уменьшаются и скорости течения.
Ледовый режим участка строительства является наиболее суровым из всех районов Татарского пролива. Льдообразование начинается в конце октября — начале ноября и в сжатые сроки охватывает почти всю акваторию. Неподвижный лед в середине ноября закрепляется в виде прочного устойчивого припая на мелководьях и быстро распространяется к центру бассейна. Полное замерзание пролива Невельского происходит лишь через 2-2,5 месяца после появления припая у берегов.
Наибольшего развития ледяной покров достигает в начале апреля; толщина льда у берега составляет1,3-1,4 м, а в суровые зимы — 1,6-1,7 м, в районе глубоководного желоба от 0,4-0,5 до 0,8-0,9 м. Ледяные торосы возникают вдоль бровок фарватера или на отмелях. Их высота в отдельных грядах может достигать 3 м.
Признаки разрушения льда появляются в апреле, в первую очередь разрушаются торосы. Окончательно припай разрушается к началу третьей декады мая. Плавучий лед наблюдается до конца мая — начала июня. Возможен дрейф ледяных полей протяженностью до 1 км под действием приливных течений и ветра. Максимальная скорость дрейфа 2,5 м/с. Расчетная прочность крупных дрейфующих льдин (на одноосное сжатие) при неблагоприятном стечении условий определена в 4,7 МПа.
Толщина льда, примерзающего к гидротехническим сооружениям, по наблюдениям в соседних районах соизмерима с толщиной местного припая (1,5-1,7 м).
Примерная схема трассы тоннеля Сахалин-материк. Источник: журнал «Техника – молодёжи» №7,1996 г.
Из возможных вариантов строительства искусственных сооружений, применимых в рассматриваемых условиях в различных предпроектных проработках, выполненных в 50-60-е годы и затем с 90-х годов по настоящее время, рассматривались:
- мостовые переходы различных конструкций;
- сплошная дамба или в сочетании с мостовым переходом;
- тоннельный вариант с горной проходкой основного ствола тоннеля ;
- тоннельный вариант мелкого заложения с использованием опускных секций.
У каждого из рассматриваемых вариантов есть следующие преимущества и недостатки.
Мостовые переходы различных конструкций
Наличие мощных донных отложений потребует возведение промежуточных русловых опор большой высоты (заглубление более 30-40 м до коренных пород и обеспечение подмостового габарита прохода судов до 70 м, с общей высотой опоры от основания опоры до низа пролета более 100 м). Возможное воздействие ледовых нагрузок на опоры моста в разных направлениях вдоль и поперек оси моста неизбежно потребует создание равнопрочности опоры в направлениях вдоль и поперек моста, аналогично плавучим буровым установкам.
Возможное обледенение конструкций пролетных строений в осенне — зимний период потребует дополнительное их усиление с учетом нагрузок, сопоставимых с нагрузкой самих конструкций и переменной от подвижного состава. В процессе эксплуатации вполне вероятны дополнительные затраты по содержанию пролетных строений. Высокая сейсмическая активность потребует дополнительное усиление всех конструкций мостового перехода, включая опоры и пролетные строения.
Тоннельный вариант перехода через пролив Невельского, ОАО «Ленметрогипротранс»
Тоннельные варианты
Впервые строительство перехода на остров Сахалин началось в 1951 году. Проектом предусмотрен тоннельный вариант перехода. Была пройдена вертикальная выработка (ствол) на материке и часть дамбы. Но после смерти И. В. Сталина работы прекратили.
В 2000 году по заказу ОАО «РЖД» РФ были разработаны проектные соображения по вариантам мостового и тоннельного перехода. Генеральным проектировщиком определен институт «Мосгипротранс». Проектом предусматривалось строительство железной дороги Селихин — Ныш с пересечением Татарского пролива по трем вариантам трассы.
Тоннельные варианты разрабатывало ОАО НИПИИ «Ленметрогипротранс» при участии ОАО «Гипротрансмост» (раздел ОВОС). Проект всего сообщения с учетом мостового и тоннельного сооружений был оценен на начало 2013 года в 386,6 млрд и 387 млрд рублей соответственно.
При почти одинаковой стоимости вариантов сроки строительных работ различны: 7,5 лет заняла бы стройка линии вместе с мостом и 9 лет — с прокладкой тоннеля. С целью определения наиболее эффективных конструктивных и технологических решений по сооружению тоннельного перехода непосредственно под проливом, рассматривались следующие варианты его сооружения.
Вариант 1. Тоннель Ø=9,5 м и сервис тоннель Ø=5,5 м с щитовой проходкой.
Вариант 2. Тоннель Ø=11,5 м с щитовой проходкой.
Вариант 3. Тоннель из опускных секций.
Вариант 4. Тоннельно-мостовой переход.
Вариант 5. Комбинированный тоннель с обделками из опускных секций на береговых участках и кругового очертания в русловой части.
В 2007 г ОАО НИПИИ ‹«Ленметрогипротранс» на стадии инвестиций в строительстве выполнило два варианта сооружения тоннеля:
Вариант 1. Тоннель из опускных секций;
Вариант 2. ТПМК с пригрузом забоя.
Город Южно-Сахалинск. Источник: yuzhno-sakh.ru
Сооружение тоннеля опускными секциями в зависимости от створа будет иметь стоимость 251527,73 — 289575,41 млн руб. Срок строительства 5-6,5 лет.
Стоимость сооружения тоннеля с помощью ТИМК составляет 171809,24 — 184763,26 млн руб. в зависимости от створа пересечения пролива. Срок строительства 9 лет 5 мес. — 9 лет 6 мес.
Наиболее эффективным вариантом был признан вариант тоннеля большого поперечного сечения с щитовой проходкой Ø=11,5 м.
Сооружение тоннеля предусматривается с использованием специальных тоннелепроходческих механизированных комплексов (ТПМК) с активным пригрузом забоя. Скорость передвижения по железнодорожному переходу составит до 120 км/ч.
Преимущества тоннельного варианта транспортного перехода:
- значительная независимость эксплуатации от природно-климатических условий по сравнению с мостом;
- тоннели значительно безопаснее в эксплуатации;
- тоннельный вариант менее подвержен терроризму;
- стоимость эксплуатации транспортного перехода (как показывает опыт эксплуатации объектов-аналогов в г Хабаровске) по тоннельному варианту ниже;
- подземные сооружения менее подвержены нарушениям при землетрясениях, чем наземные, в частности — мосты.
Поэтому в суровых природно-климатических и сложных инженерно-геологических условиях при высокой сейсмической опасности следует отдать предпочтение тоннельному варианту, как наиболее надежному при эксплуатации
Статья опубликована в журнале «Метро и тоннели» №1 2019
Дополнительные статьи
Выберите интересующую статью:
Проектирование систем пропуска и досмотра в метро
15 мая, 2023
Метро как национальный приоритет. Почему нет?
12 апреля, 2023
ОАО «НИПИИ «Ленметрогипротранс»: здесь рождается метро
1 марта, 2023
Кондиционирование и вентиляция в метро: вопросы импортозамещения
17 января, 2023
Экологическое сопровождение при проектировании метро
22 декабря, 2022
Ученые осваивают подземное пространство
22 декабря, 2022
Расскажите о нашей статье своим друзьям,
поделившись ссылкой в социальной сети
Комментарии (0)
Настоящим подтверждаю, что я ознакомлен с политикой конфиденциальности
и согласен на обработку персональных данных. Подробнее