Вариантное проектирование
Метод вариантного проектирования заключается в том, что наиболее значительные проектные решения принимаются путем обоснованного выбора их из ряда составленных вариантов, сравниваемых между собой по присущим им достоинствам и недостаткам. Этот метод широко используется в отечественной практике проектирования тоннелей всех назначений. Применение его гарантирует от случайных, иногда ошибочных выводов и обеспечивает оптимальность принимаемых решений, что способствует повышению эффективности капиталовложений в тоннельное строительство.
Обязательным условием правильного использования метода вариантного проектирования является равноценность сравниваемых вариантов по обеспечению выполнения задач, поставленных перед сооружением в целом или его отдельным проектируемым элементом. Поэтому нельзя, например, проводить сопоставление двухпутного и однопутного тоннелей, но можно сравнить тоннель, строящийся сразу под два пути с двумя однопутными тоннелями, сооружаемыми в два этапа, соответственно перспективе развития перевозок на дороге.
Также важны равная степень обследования местных условий и одинаковый уровень технической разработанности для каждого варианта. Недопустимо, в частности, сравнивать варианты расположения тоннеля на местности разработанные в одном случае на основе данных полевых изысканий, а в другом по мелкомасштабной топографической карте. Сомнительными получились бы и результаты сопоставления двух систем вентиляции тоннеля, из которых одна апробирована практикой, а друга я еще не вышла из стадии лабораторных исследований.
Перечень вопросов, которые охватываются варьированием при проектировании тоннелей, широк и разнообразен. В общем случае возможны следующие варианты: размещения путей или рядов автомобильного движения; расположения тоннеля в плане и по высотным отметкам; формы и числовых параметров продольного профиля и плана трассы; длины тоннеля и расположения его порталов; системы вентиляции и размещения вентиляционных устройств и сооружений; материала обделки, конструкции и гидроизоляции тоннеля на различных участках; системы водоотвода и характера освещения; способов производства работ и т. д.
При разработке проекта конкретного сооружения количество вариантов резко уменьшается, так как, например, назначение тоннеля или его расположение на местности и ряд других особенностей могут быть безоговорочно определены заданием на проектирование, а некоторые логически согласуемые технические задачи имеют и взаимосвязанные определенные проектные решения.
Варьирование в процессе разработки проектов новых тоннельных сооружении производится, как правило, от общего к частному. Это означает, прежде всего, что оптимальный способ преодоления высотного препятствия или водной преграды выбирается в тесной связи с выбором варианта общего направления пути сообщения и с учетом всего комплекса местных условии.
Так, например, еще на заре отечественного тоннелестроения инж. Г. Ф. Перрот, проектируя Каунасский железнодорожный тоннель, первый в России — проводил тщательное сопоставление тоннельного варианта участка трассы, позволявшего подойти к берегу реки Неман на сравнительно низких отметках, с вариантом линии без тоннеля, который зато требовал постройки длинного и высокого моста через ту же реку.
Вообще, первым объектом варьирования при проектировании тоннеля во многих случаях является парадоксальный вопрос: нельзя ли обойтись без построения тоннеля, всегда относящегося к разряду наиболее сложных и дорогих искусственных сооружений на путях сообщения. Поэтому, проектируя подводный тоннель через водную преграду, обязательно сопоставляют его с вариантом мостового перехода или с другими типами переправ; необходимой частью проекта горного тоннеля будет сравнение тоннельного участка трассы с бестоннельным вариантом, включающим в зависимости от местных условий открытую выемку или обход; выбирая тип сооружения для развязки в разных уровнях пересечения уличных магистралей, проводят сравнение транспортного или пешеходного тонне я с надземным мостом—путепроводом.
После установления типа сооружения переходят к разработке вариантов для определения отметок горного тоннеля или уточнения местоположения подводно—тоннельного перехода.
Горные дороги характеризуются значительной высотой над уровнем моря, косогорностью, большой разностью отметок на отдельных участках и сложностью возведения земляного полотна, искусственных сооружений, станций и разъездов. Высокое расположение тоннеля в горных условиях вызывает необходимость устройства сложного развития трассы и применения более крутых предельных участков, чем при проектировании подошвенных тоннелей. Намечаемая отметка тоннельного пересечения зависит от назначения дороги, топографии и геологических условий местности. В общем виде можно сказать, что чем больше размеры перевозок, тем больше оснований понижать расположение тоннеля. Увеличение его длины при этом полнее компенсируется сокращением длины трассы, а следовательно, и эксплуатационных расходов.
При проектировании подводных тоннелей один из вариантов обычно располагается вблизи от прямого направления линии и обеспечивает наименьшую длину трассы, а другие — в стороне, но с лучшими показателями непосредственно перехода (искусственного сооружения). Варианты тоннелей по способу производства работ, конструкции, роду материалов и прочим особенностям разрабатываются и сопоставляются после фиксации местоположения и согласования каждого из возможных решений с остальными взаимосвязанными элементами проекта транспортной магистрали и прежде всего с трассой и ее строительно—эксплуатационными показателями.
Характерный пример внимательного отношения к выбору места расположения и трассы тоннельного перехода через водную преграду можно найти в проекте железнодорожного тоннеля под р. Волгой на линии Н. Новгород (ныне г. Горький) — Котельнич (рис. 1.5). Принятое после обстоятельного изучения пяти вариантов решение о пересечении реки Волги на 3 км выше по течению от места впадения в нее реки Оки (вариант II) обеспечивало наиболее благоприятные перспективы развития прилегающего большого железнодорожного узла. Одновременно достигалось заметное сокращение длины железнодорожной линии, пропускавшейся к тому же по мало застроенной территории и пересекавшей Волгу там, где ее русло и поймы наиболее сужаются.
Рис. 1.5 — Варианты трассы железнодорожного подводно—тоннельного перехода через р. Волгу
Вариант I имел перед другими некоторые топографические преимущества: переход приходился на участок реки с хорошо сформированным руслом и неширокой левобережной поймой. В то же время выбор его значительно удлинил бы железнодорожную линию, был связан с большим сносом строений, а также излишними строительными и эксплуатационными расходами. Те же, но еще ярче выраженные недостатки имел вариант III, пересекавший на правом берегу ярморочную и пристанскую территорию. Неблагоприятными были условия и на левой сильно развитой пойме, изрезанной озерами и песчаными косами. Направление паводковых течений по ней отклонялось на большой угол от руслового потока, а непосредственное соседство вливающихся вод реки Оки должно было сказываться сильным уменьшением поверхностных и средних скоростей течения и отложения передвигающихся наносов.
Варианты перехода, расположенные ниже устья реки Оки (IV и V), были связаны со значительным увеличением длины и стоимости строительства тоннеля, который пришлось бы прокладывать под рекой с почти удвоенным живым сечением по сравнению с верховыми створами. Кроме того, эти варианты очень существенно усложняли железнодорожную сеть в пределах Нижегородского узла, требовали сооружения моста через реку Оку и усложняли линию по главному направлению Москва—Котельнич на 40–50 км с соответствующим увеличением стоимости строительства и эксплуатационных расходов.
