4.4. Трасса на пересечении больших водотоков

Типы сооружений на пересечениях железной дорогой водных препятствий.

На пересечениях железной дорогой больших водотоков — рек, каналов, либо таких водных преград как водохранилища или морские проливы и заливы устраивают различные инженерные сооружения. На реках и кана­лах в большинстве случаев сооружают мостовые переходы. Большие реки и морские проливы пересекают как мостовыми так и тоннельными перехо­дами.

При пересечении Главсибом р. Амур у Хабаровска был сооружен мостовой пе­реход, а впоследствии в качестве дублера построили тоннель. Для соединения же­лезнодорожной сети материка и острова Сахалин через пролив Невельского рас­сматриваются варианты мостового перехода и тоннельного пересечения.

Тоннели построены под проливами Ла-Манш (длиной около 50 км) и Цугару (между японскими островами Хонсю и Хокайдо — протяженность около 54 км). Пересечение пролива Эресунн между Швецией и Данией осуществлено на восточ­ной части трассы мостовым переходом протяженностью 8 км, а на западной — тон­нелем длиной 5 км (рис. 4.24).

Рис. 4.24. Транспортные переходы через пролив Эресунн

При пересечении таких водных препятствий, где нет течения (озеро, за­лив) и судоходства, наряду с мостовыми и тоннельными переходами со­оружают дамбы, земляные или фильтрующие.

Земляная дамба возведена через залив Сиваш Азовского моря на направлении Запорожье — Симферополь. При пересечении Кандалакшского залива Белого моря сооружена фильтрующая дамба длиной около 1 км и высотой до 10 м, которая пропускает приливы и отливы с колебанием уровня воды почти 2 м.

Трасса железной дороги в районе гидросооружений может быть проло­жена по плотине или через водохранилище.

Железнодорожный путь уложен по плотинам большинства волжских гидроэлек­тростанций, Братской ГЭС и др. Зейское водохранилище на трассе БАМа пересе­чено мостом длиной 1100 м и высотой 40 м в узком месте примерно в 250 км выше плотины.

Особое место в ряду инженерных сооружений занимают паромные пе­реправы, которые заменяют более трудоемкие и дорогие мостовые и тон­нельные переходы. Если пересекаемое водное пространство зимой замерза­ет, то при достаточной толщине ледяного покрова в зимнее время может быть устроена ледяная или свайно-ледяная переправа (путь укладывается на эстакаду, сваи которой забивают в грунт через лунки во льду).

Паромная переправа через р. Амур на железной дороге Комсомольск - Совет­ская Гавань в сочетании с ледяной переправой в зимнее время работала более 30 лет, до 1975 г., когда у Комсомольска-на-Амуре был построен мост длиной 1,5 км. Круглогодично действует паромная переправа между материком и о. Саха­лин на трассе Ванино - Холмск.

Выбор места пересечения водотока мостовыми и тоннельными переходами.

Мостовой переход (рис. 4.25) — комплекс сооружений, возводимых в гра­ницах разлива высоких вод, включающий в себя в общем случае мост /, подходные насыпи 2 и регуляционные сооружения 3, 4.

ляюшие дамбы; 4 — траверсы ,

L_T =12,Skm

Рис. 4.26. Схема тоннельного пересечения пролива Невельского на участке Мыс Лазарева - Погиби

Тоннельный подводный переход (рис. 4.26), как правило, состоит из ру­слового и берегового участков тоннеля, а в ряде случаев и подходной рам­пы.

На выбор места перехода влияют: обшее направление проектируемой железной дороги, форма речной долины и гидрологические характеристи­ки реки, инженерно-геологические условия, а применительно к мостовому переходу — еще и требования судоходства и сплава.

По условиям увязки с общим направлением дороги желательно наи­меньшее отклонение места перехода от кратчайшего направления трассы. Это имеет особое значение применительно к железным дорогам большой грузонапряженности. Однако чем выше стоимость перехода, тем целесооб­разнее может быть выбор места перехода в более благоприятных условиях, обеспечивающих существенное снижение его стоимости ценой некоторого удлинения трассы. При сравнении вариантов учитывают как строительную стоимость перехода, так и стоимость прилегающих участков трассы между общими точками для всех вариантов, а также эксплуатационные расходы по вариантам.

Участок русла реки в месте мостового перехода должен быть устойчи­вым, по возможности прямолинейным или представлять собой плавную излучину. Направления течений в русле и на поймах должны быть парал­лельными. При этом ось перехода следует располагать, как правило, пер­пендикулярно к направлению руслового и пойменного потоков. В этом случае отверстие моста и регуляционные сооружения будут минимальны­ми. Такое же положение оси тоннельного перехода сокращает его протя­женность, особенно длину руслового, наиболее сложного участка подвод­ного тоннеля.

На рис. 4.27 приведены три варианта трассы мостового перехода, из которых варианты / и // обеспечивают меньшую протяженность трассы между общими точ­ками А и Б, однако по некоторым показателям уступают несколько более длинному варианту III Так, в варианте / при повороте трассы от моста вниз по течению на пойме при паводках образуются водные "мешки" (участок а), создающие угрозу прорыва насыпи и затрудняющие слив воды с поймы в отверстие моста. При пово­роте трассы от моста вверх по течению в варианте II при паводках возникают вдоль пойменной насыпи сильные течения (участок б), что потребует дополнительных средств защиты насыпи от подмыва Только учет всех факторов, определяющих строительные и эксплуатационные расходы по вариантам, позволит выбрать наи­лучший.

Рис. 4.27. Варианты трассы мостового перехода через реку

Применительно к мостовым переходам следует указать еще на следую­щие положения.

Ось перехода не следует располагать на участке реки, где могут образо­ваться заторы льда, а также в местах, где река имеет рукава или острова. Острова уменьшают площадь живого сечения потока под мостом, и прихо­дится увеличивать отверстие моста.

Следует избегать пересечения рек непосредственно ниже устья крупных притоков, чтобы не допускать скопления наносов под мостом.

Предпочтительны участки реки с узкими поймами, расположенными на высоких отметках, незаболоченными, по возможности без озер и староре- чий. Это обеспечит наименьшую протяженность и высоту подходных на­сыпей к мосту и меньшие размеры регуляционных сооружений или отсут­ствие необходимости в них.

При пересечении судоходных рек приобретает особое значение требова­ние располагать мост перпендикулярно направлению течения. Отклонение оси моста от нормали к направлению течения более чем на 10° требует увеличения ширины габарита судоходных пролетов моста.

Инженерно-геологические условия имеют существенное значение при выборе места и мостового, и тоннельного перехода. По условиям сооруже­ния моста преимущество имеют участки реки, где коренные и плотные по­роды, могущие служить основанием фундаментов опор моста, залегают не­глубоко, а напластование пород исключает их смещение. Сооружение под­водного тоннеля при достаточно большой глубине русла водотока (более 20 м) наиболее часто осуществляется закрытым способом (щитовой про­ходкой). В этих условиях целесообразно избежать участков с большим гидростатическим давлением и высокой температурой грунтовой среды, а также со значительной агрессивностью подземной воды к материалам кон­струкций.

В практике проектирования мостовых переходов есть много примеров того, как тщательный выбор места перехода обеспечивал существенное уменьшение его стоимости. Так, в 1891 г. при окончательных изысканиях Транссибирской магист­рали известный изыскатель и строитель железных дорог писатель Н.Г. Гарин- Михайловский, исследуя трассу на пересечении р. Оби, сумел на 170-километровом участке реки найти место, где разлив реки в скалистых берегах составляет 850 м (там возник г. Новониколаевск, теперь — Новосибирск, вокзальная площадь кото­рого названа именем Гарина-Михайловского), в то время, как первоначально пред­полагалось осуществить переход Оби у Колывани (ниже по течению), где разлив реки достигает почти 13 км.

Проектирование продольного профиля трассы мостовых и подводных тон­нельных переходов. Продольный профиль мостового перехода должен обес­печивать условия судоходства на пересекаемом водотоке и незатопляемость земляного полотна подходных насыпей. Соответственно уровень проект­ной линии на мосту и на подходных насыпях на пойме принимается, как правило, различным (см. рис. 4.25).

Отметка проектной линии на мосту Я_тш(ч), м, определяется расчетным судоходным уровнем и высотой подмостового габарита в судоходных про­летах моста:

Я_тш(ч) = РСУ+ h +С- d , (4.5)

где РСУ — отметка расчетного судоходного уровня, м, определяемая по данным гидрологических наблюдений на реке и зависящая от класса реки (в России приня­то 7 классов внутренних водных путей); h — высота подмостового габарита (в соот­ветствии с ГОСТ 26775—97 [8| принимается в зависимости от класса реки в преде­лах 17—7 м ); с — строительная высота пролетного строения, м, от низа его до по­дошвы рельса, зависящая от типа и длины пролетного строения; d — возвышение, м, подошвы рельса над отметкой бровки земляного полотна.

Минимальная отметка бровки насыпи на пойме Н_{тт (п)}, м, определяется в зависимости от наивысшего уровня воды с учетом подпора, ветрового нагона и наката волны на откос насыпи:

Нтп (П) = Я,* + г + ДЛ_5С, + Ah_run + Д , (4.6)

где Н_р% — отметка статического уровня высоких вод, м, вероятность превышения которого зависит от категории проектируемой железной дороги (см. п. 3.8); z ~ подпор воды, м, перед насыпью, вызванный стеснением водотока мостовым пере­ходом; ДА_>С[ — высота ветрового нагона, м; Ah_mn — высота наката волны на откос насыпи, м, измеряемая от статического уровня воды, Д — технический запас, при­нимаемый равным не менее 0,5 м.

Значения величин Дh_M и дй_Г1Ш зависят от глубины воды в акватории пе­ред мостом, скорости ветра и протяженности охваченной ветром акватории по направлению к пойменной насыпи, а высота наката волны, кроме того, зависит от крутизны и типа укрепления откоса насыпи. Эти величины оп­ределяют по СНиП 2.06.04-82* [40].

Продольный профиль подводных тоннелей, как правило, проектируют двускатным вогнутого очертания с пологим нижним разделительным уча­стком, имеющим минимальный уклон 2—3 %о (см. рис. 4.26). Наибольшая крутизна уклонов в тоннеле не должна превышать ограничивающий уклон проектируемой линии, уменьшенный в соответствии с положениями, рас­смотренными в п. 3.9. >