Тоннели в США

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.

Рис. 1. Портал тоннеля
Характеристики десяти самых длинных железнодорожных тоннелей в Северной Америке

К сооружению тоннеля прибегают обычно лишь в тех случаях, когда стоимость открытой выемки чрезмерно высока или другие варианты нецелесообразны (рис. 1). 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 10%, в том числе 2% тоннелей расположены на площадках. В 23% тоннелей уклоны имеют величину от 10 до 20% и лишь 3% тоннелей, находящихся на дорогах Запада в горных условиях, расположены на уклонах более 20%.
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.

РЕКОМЕНДАЦИИ AREA*
AREA составила Технические указания по сооружению, проходке и временной обделке тоннелей. Эти указания должны служить руководством для составления более подробных инструкций по каждому виду работ в зависимости от индивидуальных особенностей сооружения. ТУ AREA приводятся ниже с небольшими сокращениями.

1. Общие положения

При проходке тоннелей должны быть соблюдены план, профиль и сечение, указанные в проекте, или, при наличии указаний, соответствующие отклонения от них.
Одновременно с заявкой на получение подряда представляется на одобрение главного инженера эскизный план производства работ по проходке тоннеля.

1. Разбивка

Разбивку должен произвести инженер. В случае необходимости получения каких-либо геодезических отметок в профиле и плане подрядчик должен предупредить об этом инженера не менее чем за 24 ч, указав место, где эти отметки нужны.
4. Проходка
Под проходкой тоннеля понимается разработка грунта на всей его длине, которая исчисляется как расстояние между вертикальными плоскостями, проведенными через пересечение задней поверхности портальной стенки с лотком тоннеля. При отсутствии портальных стен длиной тоннеля считается длина его свода, измеренная по оси тоннеля. Оплата работ производится или с единицы длины тоннеля или с единицы его объема и включает в себя полную их стоимость.
В тех случаях, когда не требуется устраивать обделку, подрядчик должен удалить скалу, подвергавшуюся сотрясениям, разборную скалу или грунт такого рода, который, по мнению инженера, представляет опасность или может стать опасным в будущем.

1. Изменение сечений в кривых

Если тоннель расположен частично на прямой, а частично на кривой или на его длине меняется радиус кривой, то прн переходе от прямой к кривой или при уменьшении радиуса закруглений необходимо соответствующим образом постепенно увеличивать сечение тоннеля. Ни в одном месте габарит не должен быть меньше рекомендованного.

1. Сдвиги и обвалы

Необходимо принимать все меры против возможности обвалов и сдвигов в результате взрывных и других работ. Расходы по удалению грунта в случае обвала или сдвига относятся за счет дороги или подрядчика, в зависимости от причин происшествия.

1. Разработка грунта ниже проектного уровня

Лоток тоннеля должен быть разработан ниже проектного уровня и заполнен грунтом, который одобрен инженером. Эта работа оплачивается лишь в том случае, если грунтом для засыпки не может служить грунт, полученный в результате проходки тоннеля.

1. Ниши-убежища

Убежища устраивают в соответствии с указаниями проекта.

1. Шахты

Количество, размеры и расположение шахт должны соответствовать проекту или указаниям главного инженера.

1. Проводка

Осветительные и силовые провода на строительстве должны быть стандартной конструкции; они должны монтироваться с высокой степенью тщательности и надежно укрепляться на месте. Провода для взрывных работ нельзя прикреплять к той стенке тоннеля, где расположены все остальные провода.

1. Взрывные работы

Если, по мнению инженера, взрывные работы ведутся неправильно в отношении рода и величины зарядов или их расположения, в результате чего происходят ненужные сотрясения стен и свода тоннеля, то он имеет право ограничить характер, величину и расположение зарядов. Подрядчик должен относиться с особым вниманием к взрывным работам, проводимым вблизи от границ поперечного сечения тоннеля. Здесь необходимо применять уменьшенные заряды и другие меры против возможных сотрясений стен и свода тоннеля.
Подрядчик должен заботиться о сохранности обделки и временного крепления. В случае их повреждения взрывом или по другой причине он обязан восстановить их за свой счет.

1. Вентиляция

Подрядчик обязан установить и обслуживать вентиляционную установку такой системы, которая в случае необходимости способна быстро удалить все газы и пыль от взрывов или от других причин и поддерживать воздух в тоннеле безвредным для здоровья рабочих и достаточно чистым, чтобы допускать геодезические работы.

1. Отвод воды

Трубы для отвода воды от полотна должны быть тщательно уложены на заданном уровне в соответствии с указаниями проекта. По указаниям проекта водоотводные приспособления должны быть устроены позади постоянной обделки и временного крепления. Выпуски, проходящие сквозь обделку, располагают на уровне не выше 30 см над дном кювета.
16. Деревянная обделка
Обделка осуществляется по типовым или индивидуальным проектам. Для постоянной обделки или порталов допускается применение дугласовой пихты, лиственницы, южной сосны и древесины других допущенных пород. Сорт и влажность леса должны удовлетворять требованиям AREA. Обшивку производят брусками толщиной 1 0 см, шириной 16 см. Деревянные части обделки, по возможности, должны быть до пропитки антисептиком обрезаны до проектных размеров и снабжены необходимыми отверстиями. Все места, которые подвергались обрезке, сверлению и затеске во время сборки, необходимо пропитать соответствующим антисептиком. Все поковки, остающиеся в постоянной конструкции, должны быть оцинкованы.

1. Забутка

Подрядчик обязан заполнить все пустоты за обделкой, обеспечить плотное соприкасание последней со стенками и сводом тоннельной выработки. Заполнение можно осуществлять из антисептированного леса или камня.

1. Порталы

Порталы сооружают в соответствии с проектом.

1. Вентиляция

Для тоннелей длиной не более 762 м искусственная вентиляция не обязательна.
При длине тоннеля более 762 м необходимо выбрать целесообразный метод вентиляции с учетом условий работы тоннеля и других местных условий.
Вентиляция с помощью шахт редко бывает полезной.
Электроэнергия (при ее наличии) является наиболее выгодным видом энергии для работы вентиляционной установки. Наиболее легко осуществимым, эффективным и выгодным способом искусственной вентиляции тоннелей при паровой тяге поездов является создание потока воздуха у одного конца тоннеля для удаления или снижения концентрации дыма и газов через противоположный конец. В Америке этот метод используется в двух вариантах:
а)   воздушный поток соответствующей скорости вдувается в направлении движения поезда, дым и газы удаляются впереди локомотива;
б)   воздушный поток направляется навстречу грузовым поездам; скорость его и количество вдуваемого воздуха назначаются с таким расчетом, чтобы снизить концентрацию газов и дыма до размеров, не представляющих неудобств для поездной бригады, и полностью очистить воздух в тоннеле до прохода следующего поезда.

1. Освещение

Для освещения тоннелей целесообразно применять передвижные агрегаты из генератора напряжением 110 в с бензиновым мотором. Можно использовать агрегаты мощностью 650 вт весом 32 кг. Эти переносные электростанции, расположенные в кюветах или у стен тоннеля, размещают вне габарита подвижного состава. Лампы можно подвесить на раздвигающихся треногах или прикрепить к деревянным шестам длиной около 1,8 м, снабженным металлическими башмаками для установки на пути во время работ.
Две 300-вт лампы, подключенные к переносной Электростанции и снабженные кабелем достаточной длины, могут обеспечить достаточное освещение для всех обычных работ в тоннеле.

*Рекомендации, не представляющие интереса, опущены.