Основные положения проектирования тоннелей в профиле
Трассой тоннеля называется линия, определяющая положение оси пути в пространстве. Проекция трассы пути на вертикальную плоскость называется продольным профилем железнодорожного пути, а проекция трассы на горизонтальную плоскость — планом пути. Выбор трассы тоннеля определяется условиями, обеспечивающими наиболее экономичные строительные и эксплуатационные показатели не только самого тоннеля, но и всего участка дороги, примыкающего к нему.
В горной местности пересечение хребта осуществляют с помощью перевального тоннеля. Тоннель может быть расположен в вершинной части перевала — вершинный тоннель или в его подошвенной части — базисный, или подошвенный, тоннель. Выбор высоты расположения тоннелей определяют рельефом хребта, который необходимо рассматривать в отношении возможности сооружения открытых подходов к тоннелю, т. е. крутизной склонов и изрезанностью их, наличием боковых ущелий, затрудняющих трассировку и сооружение подходов и увеличивающих их длину, а следовательно, время и стоимость сооружения. При наличии этих неблагоприятных условий сооружение базисного тоннеля будет более целесообразно. Также при наличии неустойчивых пород в вершинной части хребта усложняется сооружение вершинного тоннеля: при сооружении подходов необходимо будет иметь специальное закрепление оползневых зон, постройку подпорных стен, селеспусков и др. Важное значение имеют гидрометеорологические и климатические условия, необходимо также учитывать границу снежных покровов, возможность снежных обвалов и заносов, количество годовых осадков, температуру и влажность воздуха. При выборе, высотного расположения тоннеля необходимо также принимать во внимание род тяги — при электрической тяге уклоны на подходах и в самом тоннеле могут быть значительно больше, чем при тепловозной. Это позволяет уменьшить длину подходных участков дороги и делает более приемлемым применение вершинных тоннелей.
Базисное расположение обеспечивает в целом возможность иметь меньшие уклоны пути, чем вершинные. При этом исключается необходимость иметь двойную тягу и увеличивается пропускная способность участка дороги.
Выбор вершинного или базисного расположения тоннеля необходимо в каждом частном случае обосновывать технико-экономическими расчетами с учетом всех специфических условий сооружения, перспектив возможного ожидаемого грузооборота и дальнейшего народнохозяйственного развития района строительства.
В продольном профиле тоннели могут быть односкатными (рис. 1, а) и двускатными (рис. 1, б). Односкатные тоннели типичны для условий, когда тоннель используют для набора высоты. Тоннели перевального типа принимают двускатными. Строительство односкатных тоннелей осложняется постоянным подтапливанием забоя. Двускатные тоннели не имеют этого недостатка. Продольный уклон тоннеля по условиям водоотвода должен быть не менее 3‰, максимальный же уклон, допустимый в тоннеле, должен быть меньше руководящего уклона на открытом участке пути.
Руководящим уклоном называется наибольший затяжной уклон пути, по которому устанавливают нагрузку поезда при движении с расчетно-минимальной установившейся скоростью. Продольный профиль тоннеля принимается с уклонами не менее 3‰ (промилле) и не более 40 ‰.
Максимальный допускаемый уклон в тоннеле на его прямом участке
,
Рис.1. Продольный профиль тоннеля
где iэк — уклон, эквивалентный сопротивлению на кривой; ip — руководящий уклон; т — коэффициент смягчения уклона.
Коэффициент смягчения уклона с учетом воздушного сопротивления, испытываемого составом в тоннеле, может быть принят в зависимости от длины тоннеля:
Длина тоннеля, км…………………..<0,3 0,3-1 1-3 >3
Коэффициент смягчения уклона……..1 0,9 0,85 0,8-0,75