Тоннели — капитальные сооружения, рассчитанные на длительный срок эксплуатации (более 100—150 лет).

Лекция №17 05.11.16

ВВЕДЕНИЕ

Тоннели — капитальные сооружения, рассчитанные на длительный срок эксплуатации (более 100—150 лет).

В течение этого срока тоннели должны:

- удовлетворять требованиям эксплуатационной надежности, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах,

- безотказно функционировать, при соблюдении условий эксплуатации (необходимого технического обслуживания и ремонта),

- сохранять ремонтопригодность сооружения в целом и его составных частей.

По данным практики, обычно в первые 5—10 лет эксплуатации тоннелей никаких серьезных повреждений конструкций и эксплуа­тационного оборудования не возникает.

Через 15—25 лет наблюдаются некоторые дефекты, вызванные резкими колебаниями температуры воздуха, агрессивными водами, обледенением, осадками основания и др.

По прошествии 50—70 лет появляются повреждения, являющиеся следствием неудачного проектирования и строительства, нарастают явления старения материалов конструкции и окружающего тоннель грунта.

Однако серьезные нарушения эксплуатационной надежности тоннелей могут произойти практически в любое время вследствие стихийных природных явлений (землетрясения, лавины, камнепады, наводнения), а также несоблюдения условий безопасной эксплуатации, дефектов конструкций (обделок, порталов, проезжей части, эксплуатационного оборудования), несвоевременного проведения осмотров и ремонтов сооружения.

 

АВАРИИ В ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ ТОННЕЛЯХ

Эти аварии, связанные с внезапным общим или частичным повреждением конструкций и оборудования, пожарами и взрывами, загазованностью воздуха, затоплением водой, часто приводят к длительному прекращению функционирования тоннеля, вызывают экономические убытки, а в некоторых случаях — травматизм и гибель людей.

Особую опасность для эксплуатируемых транспортных тоннелей представляют пожары.

Во время крупнейшего пожара на Лондонском метрополитене в 1987 году погибли 30 человек и были полностью уничтожены помещения станции «Кингз Кросс».

Один человек погиб и 23 получили ранения при пожаре в подводном тоннеле под заливом в г. Сан-Франциско в 1979 г.

В том же году 7 человек погибли и 2 получили ранения при пожаре в автодорожном тоннеле Ниходзака в Японии.

За 13 лет эксплуатации тоннеля под р. Эльбой в г. Гамбурге произошло 36 пожаров.

В результате пожара на Бакинском мет­рополитене в 1995 г. погибли около 300 чел.

Разнообразные аварии в эксплуатируемых тоннелях во многих странах мира дают основание характеризовать тоннели как «зоны повышенного риска» для людей, находящихся под землей в узком замкнутом пространстве и зачастую неподготовленных к действиям по своему спасению.

Серьезную опасность представляют аварии в строящихся тонне­лях.

В процессе строительства возможны:

- внезапные обрушения по­роды в забое,

- разрушения и деформации крепи,

- прорывы подземных вод и плывунов,

- выбросы газов, пожары и взрывы и пр.

Каждая авария представляет собой неконтролируемую ситуацию и может привести к тяжелым последствиям.

Крупные аварии с катастрофическими последствиями происходили:

- в тоннеле Лёчберг (Швейцария), где из-за обруше­ния породы погибли 25 человек,

- в подходном тоннеле в Великобритании, где из-за взрыва метана 16 человек погибли и 30 ранены.

В бывшем СССР ряд аварий имел место при строительстве тоннелей БАМа:

- в 1979 году 5 человек погибли в Северо-Муйском тоннеле из-за внезапного выброса водогрунтовой массы,

- в том же году 3 человека погибли из-за обрушения кровли в Рикотском тоннеле на Кавказе.

Тяжелые аварии, значительно удлинившие сроки строительства, произошли при сооружении крупных подводных тоннелей Сейкан в Японии и под проливом Большой Бельт в Дании.

Частота аварий в тоннелестроении и тяжесть несчастных случаев выше, чем в других отраслях строительства, что обусловлено спецификой подземных работ.

Террористические акты

ПОЛОЖИТЕЛЬНАЯ ТЕНДЕНЦИЯ

В последние десятилетия наблюдается некоторое снижение ко­личества несчастных случаев в тоннелестроении, что объясняется усовершенствованием нормативной базы, техники и технологии проектирования и строительства, ужесточением требований охраны труда и техники безопасности, более тщательным проведением геотехнических изысканий и исследований.

Однако, несмотря на значительный прогресс тоннелестроения, современная техника еще не располагает абсолютно безопасными способами строительства тоннелей, методами и средствами прогнозирования возможных аварий, обусловленных многочисленными и разнообразными факторами, в том числе стихийными, которые могут проявляться неожиданно.

С целью снижения степени риска возникновения аварийных ситуаций и во избежание повторения имевших место в практике строительства и эксплуатации тоннелей роковых ошибок, стоивших жизни людям, огромных непроизводительных капиталовложений, приводивших к значительному удлинению, а иногда и к срыву срока окончания строительства, необходимо изучение мирового тоннельного опыта.

В настоящем лекционном курсе:

- дается систематизация аварийных ситуаций при строительстве и эксплуатации горных, подводных и городских тоннелей (в том числе тоннелей метрополитена) по определяющим признакам,

- устанавливаются причины и последствия аварий,

- оценивается эффективность мероприятий по ликвидации аврий,

- предлагаются рекомендации по прогнозированию аварий,

- предлагаются меры по предупреждению и ликвидации последствий аварий при строительстве

- предлагаются меры по предупреждению и ликвидации последствий аварий при эксплуатации транспортных тоннелей и метрополитенов.

.

 

К крупным относятся аварии, охватывающие все тоннельное сооружение и приводящие к прекращению его функционирования на длительное время. Крупные аварии, как правило, сопряжены с травматизмом и гибелью людей.

Местные аварии влекут за собой разрушения тоннеля только на ограниченном участке, и последствия их могут быть быстро ликви­дированы.

Наиболее характерные и относительно часто происходящие при строительстве тоннелей аварии:

- обрушения породы в забое;

- разрушения и чрезмерные деформации временной и посто­янной крепи;

- затопление выработки водой и плывуном; загазованность и задымленность воздуха; пожары, загорания и взрывы.

Помимо выше перечисленных аварий, аварийные ситуации могут быть связаны с внезапной поломкой горнопроходческого оборудования:

-щитов, тоннелепроходческих машины, буровых агрегатов,

- столкновением или сходом с рельсов вагонеток и электровозов,

- поврежде­нием временных инженерных коммуникаций (водопровод, электро­кабели, трубопроводы сжатого воздуха)

- повреждением оборудования (компрессо­ры, вентиляторы, насосы), находящихся в строящемся тоннеле.

Подавляющее большинство аварий в строящихся тоннелях происходит в основном в призабойной зоне и лишь затрагивает участок готового тоннеля, то в эксплуатируемых тоннелях авария может случиться в любом месте от въездного до выездного портала.

Кроме того, аварии в строящихся тоннелях происходят внезапно и неожиданно, а в эксплуатируемых тоннелях они чаще всего являются следствием длительных процессов разрушения и деформирования конструкции (исключения составляют пожары и взрывы).

Помимо обрушении породы, разрушения и деформирования обделок, загазованности воздуха, пожаров и взрывов, обледенении конструкций и проезжей части в эксплуатируемых тоннелях могут происходить следующие аварии:

- разрушения порталов и предпортальных выемок;

- разрушения внутренних конструкций проезжей части,

- вентиляционных перегородок,

- нарушения условий безопасности движения, сопровождающиеся столкновением транспортных средств, наездом на конструкции, выходом из строя эксплуатационного оборудования.

ОБРУШЕНИЯ ПОРОДЫ

Рис.1. Обрушении породы в строящихся тоннелях

1 — забой; 2— вывал породы; 3 — сбросовая зона; 4— обделка тоннеля;

При наличии зон сбросов и других тектонических нарушений обрушения происходят либо непосредственно в этой зоне, либо па границе с другими фор-мациями. В процессе про­ходки грунт стремится оседать вниз и перемещаться вдоль тоннеля в сторону портала. Во время пересечения сброса при наличии впереди более плотного массива смешение породы вперед становится невозмож-ным и возникают условия для образования вывала. (Рис.1б).

Частые вывалы происходят в призабойной зоне на расстоянии до 50 м от забоя, где исчезает поддерживающее влияние породного массива, находящегося впереди забоя (рис. 1.1,в).

В случаях отставания с возведением обделки обрушение породы может иметь место непосредственно в плоскости переднего торца обделки (рис. 1.1,г). При этом нарушается прочность находящейся впереди породы вследствие скопления грунтовых вод, которые могут проникать в грунт с поверхности в результате ливней и таяния снега. Причинами обрушения породы могут быть также понижение уровня грунтовых вод и извлечение из забоя валунов и крупных каменистых включений.

При проходке тоннелей мелкого заложения образуется воронка вывала, распространяющаяся до поверхности земли (рис. 1.2).

Наиболее опасна неустойчивая стабилизация вывала, при которой в процессе его дальнейшего развития могут происходить обрушения больших масс породы. Такая форма неустойчивого равновесия чаще всего возможна в мягких и слабоустойчивых породах.

Обрушения породы вызывают сдвижения и деформации породного массива, сопровождающиеся в ряде случаев осадками дневной поверхности, нарушением устойчивости фундаментов расположенных поблизости зданий и сооружений, повреждением покрытий автомобильных дорог и верхнего строения пути железных дорог, а также других наземных и подземных коммуникаций.

Рис.1.3. Обрушение породы в эксплуатируемых тоннелях. 1- вывал, 2- обделка.

 

Обрушения породы сопровождаются разрушениями обделки, внут­ренних конструкций и эксплуатационного оборудования (рис. 1.4), что приводит к прекращению на длительный срок эксплуатации тоннеля и требует проведения ремонтных и восстановительных работ, а при наличии многочисленных обрушений — реконструкции тоннеля.

В эксплуатируемых тоннелях разрушению подвергается не только обделка, но и порталы. При этом въезд и выезд из тоннеля стороны разрушенного портала оказываются заблокированными, что требует закрытия тоннеля на некоторый период до восстановления портала..

ПОСЛЕДСТВИЯ ОБРУШЕНИЙ

Вследствие внезапного обрушения породы в строящемся тоннеле возможны случаи травматизма и гибели работающих в забое людей, а также разрушения и поломки горнопроходческого оборудования (щитов, тоннельных машин, буровых агрегатов и пр.). Механизированные щиты и тоннелепроходческие машины с рабочим органом роторного действия могут быть полностью заблокированы обрушившейся породой и выведены из строя.

Разрушения временной крепи и обделки могут быть полными или частичными. В последнем случае сохраняются отдельные арки или анкеры временной крепи, а также отдельные элементы обделки (одна или обе стены, свод или его часть).

Обрушения породы, как правило, вызывают разрушения или чрезмерные деформации временной или постоянной крепи, при которых нарушается устойчивость тоннельной выработки, крепь не может выполнять свои основные функции и не обеспечивает требуемых габаритов приближения строений и оборудования.

Разрушения и чрезмерные деформации обделки и временной крепи вызывают также нарушения прилегающего грунтового массива, что может привести к последствиям, аналогичным тем, которые характерны для обрушения грунтов: сдвижением и деформациям поверхности земли, повреждениям зданий, дорог и коммуникаций, травмам и гибели людей, поломкам тоннелепроходческого оборудования.

Лекция №17 05.11.16

ВВЕДЕНИЕ

Тоннели — капитальные сооружения, рассчитанные на длительный срок эксплуатации (более 100—150 лет).

В течение этого срока тоннели должны:

- удовлетворять требованиям эксплуатационной надежности, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах,

- безотказно функционировать, при соблюдении условий эксплуатации (необходимого технического обслуживания и ремонта),

- сохранять ремонтопригодность сооружения в целом и его составных частей.

По данным практики, обычно в первые 5—10 лет эксплуатации тоннелей никаких серьезных повреждений конструкций и эксплуа­тационного оборудования не возникает.