способ сооружения тоннеля под морским дном

Формула изобретения

1. Способ сооружения туннеля под морским дном, включающий установку на морское дно, на заданном расстоянии друг от друга, по крайней мере, двух вертикальных стволов, их углубление в морское дно, укрепление выступающей над морским дном части вертикального ствола, проходку под дном моря вертикальной части тоннеля до заданной отметки, проходку горизонтальной части тоннеля в заданных направлениях и удаление выработанного грунта из тоннеля, отличающийся тем, что вертикальные стволы, устанавливаемые на морском дне, монтируют путем последовательной установки монтажных колец друг на друга с помощью пневмокамеры, величину давления в которой устанавливают, обеспечивая заданную отрицательную плавучесть спускаемых в воду монтажных колец, укрепление вертикального ствола обеспечивают путем сооружения вокруг него каркаса из заглубленных в морское дно и жестко связанных между собой, а также с вертикальным стволом, свай, укладки вокруг вертикального ствола бетонных блоков и насыпного грунта с последующей отсыпкой вокруг него грунта, выбираемого при проходке вертикальной и горизонтальной частей тоннеля, а их проходку, при твердости грунта по Протодьяконову до 4-х единиц, осуществляют с использованием гидромонитора, при этом породы с более высокой твердостью разрабатывают гидровзрывом, выработанный грунт разделяют на фракции, дробят, смешивают с водой до получения пульпы, которую затем нагнетают под давлением в пульпопровод и удаляют из тоннеля, распределяя ее вокруг вертикального ствола и каркаса, с образованием искусственного острова.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что породы с твердостью более 4-х единиц по Протодьяконову разрабатывают механическим путем.

3. Способ по п.2, отличающийся там, что сваи, заглубляемые в морское дно, выполняют из металлических труб с антикоррозийным покрытием.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что сваи устанавливают под острым углом относительно вертикального ствола.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что сваи, заглубляемые в морское дно, выполняют из профильного металла с антикоррозийным покрытием.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства и горного дела и может быть использовано при сооружении под морским дном тоннелей большой протяженности, соединяющие отдельные материки, острова и иные части суши.

Известен способ сооружения подводного тоннеля [1], который содержит три участка - горизонтальный и два наклонных. В пределах горизонтального участка тоннеля сооружают шахту-башню. Рабочий участок отделяют от готовой части тоннеля водонепроницаемыми перегородками, а готовый тоннель частично заполняют водой, создавая подземный канал для водного транспорта. По мере удаления рабочего участка от перегородки, рабочий участок закрепляют, перегородку переносят ближе к забою, а породу доставляют водным транспортом к шахте-башне судами или механической тягой. Затем контейнеры поднимают подъемником и краном и породы выгружают в отвал. Контейнер, опускаемый в тоннель, заполняют водой. Он является противовесом подъемнику. В тоннеле контейнеры освобождают от воды, соединяют в составы и доставляют к рабочему участку под загрузку.

Однако данный способ малопроизводителен, технологически малоэффективен и может быть использован только при строительстве тоннелей с малой протяженностью и на небольших глубинах, поскольку возникают значительные трудности, связанные как с установкой и креплением шахты-башни, так и загрузкой контейнеров выработанной породой, работой персонала в условиях частично заполненного водой тоннеля, ограниченное число контейнеров, в которые необходимо загружать выработанную породу, значительная протяженность канатов, в случае использования механической тяги и, как следствие, низкая надежность такого транспорта. Кроме того, во время морского волнения или шторма велика вероятность полного затопления как шахты, так и всей рабочей части тоннеля, поскольку не предусмотрена защита вертикального ствола от попадания внутрь морской воды.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ ускоренного строительства подводного транспортного тоннеля [2], в котором прокладка тоннеля ведется как с каждого из двух участков суши, так и из некоторого места, находящегося в море между этими участками суши. При этом в том месте моря, под которым необходимо соорудить тоннель, устанавливают вертикальную бетонную или железобетонную трубу (трубный элемент), который опускают ниже уровня моря до заданной отметки. Указанная бетонная или железобетонная конструкция является вертикальным стволом тоннеля и предназначена для его эксплуатации, обеспечивая вход и выход персонала и пассажиров в экстремальных ситуациях, доставки в тоннель оборудования, необходимого для проходки тоннеля, местом размещения силового, вентиляционного, откачивающего и других средств, необходимых для проходки тоннеля, его обслуживания и жизнеобеспечения персонала.

Конструкция вертикального ствола состоит из двух трубных частей - донной и основной. При сооружении вертикального ствола его донную часть опускают на дно при помощи плавучего крана. Под действием собственного веса она заглубляется в наносный (мягкий) грунт. Далее ее заглубляют в твердый грунт и укрепляют бетонным раствором, а внутреннюю полость освобождают от грунта. На донную часть, с помощью крана, устанавливают вторую (основную) часть вертикального ствола, представляющего собой трубную конструкцию необходимой длины, охваченную по всей ее длине бетонной обечайкой. На верхней части вертикального ствола, возвышающейся над уровнем моря, устраивают площадку, на которой в дальнейшем располагают подъемно-транспортные механизмы, средства энергоснабжения и т.п. Герметизацию стыковочного шва обеспечивают бетонированием стыковочного участка. После откачки воды и прокладки внутри необходимых коммуникаций, осуществляют проходку вертикального ствола под морским дном до проектной отметки, где предполагается сооружение горизонтальной части тоннеля.

Однако монтаж и укрепление подводной части вертикального ствола тоннеля описанным способом достаточно сложен, трудоемок, требует специальных кранов с очень большой грузоподъемностью, большого числа персонала, водолазов и специального оборудования. Стыковка многотонной верхней части ствола с донной частью весьма сложна и проблематична, особенно если учесть не только вес, опускаемой на дно конструкции, но и волнение морской поверхности, а также волнение приповерхностного слоя воды, что особенно актуально при морских волнениях и шторме. Кроме того, сооружение вертикального ствола, намертво зажатого в нижнем сечении, приводит к тому, что прилагаемая к конечной точке ствола (устью) энергия бурь и штормов будет направлена на разрушение ствола. В случае недостаточного возвышения ствола над поверхностью воды, его будет просто захлестывать, а при увеличении высоты ствола над уровнем воды многократно усиливается энергия шторма для разрушения ствола. А если учесть, что ствол имеет большую нагрузку, т.к. на нем располагаются подъемно-транспортные механизмы, средства энергоснабжения и другое оборудование, то разрушение вертикального ствола, имеющего высоту несколько десятков и более метров, особенно в экстремальных метеоусловиях, весьма вероятно и может привести к катастрофе - полному затоплению тоннеля.

Задачей изобретения является упрощение и удешевление строительства тоннеля большой протяженности под морским дном, а также сокращение сроков строительства и повышение безопасности при его эксплуатации.

Задача решается за счет того, что способ сооружения тоннеля под морским дном включает установку на морском дне, на заданном расстоянии друг от друга, по крайней мере, двух вертикальных стволов, углубление их в морское дно, укрепление выступающих над морским дном частей вертикальных стволов, проходку под дном моря вертикальной части тоннеля до заданной отметки, проходку горизонтальной части тоннеля в заданных направлениях, удаление выработанного грунта из тоннеля, согласно изобретению вертикальные стволы, устанавливаемые на морском дне, монтируют путем последовательной установки монтажных колец друг на друга с помощью пневмокамеры, величину давления в которой устанавливают, обеспечивая заданную отрицательную плавучесть спускаемых в воду монтажных колец, укрепление вертикального ствола обеспечивают путем сооружения вокруг него каркаса из заглубленных в морское дно и жестко связанных между собой, а также с вертикальным стволом, свай, укладки вокруг вертикального ствола бетонных блоков и насыпного грунта с последующей отсыпкой вокруг него грунта, выбираемого при проходке вертикальной и горизонтальной частей тоннеля, а проходку тоннеля, при твердости грунта по Протодьяконову до 4-х единиц, осуществляют с использованием гидромонитора, при этом породы с более высокой твердостью разрабатывают гидровзрывом, выработанный грунт разделяют на фракции, дробят, смешивают с водой до получения пульпы, которую затем нагнетают под давлением в пульпопровод и удаляют из тоннеля, распределяя ее вокруг вертикального ствола и каркаса с образованием искусственного острова. При этом породы с твердостью более 4-х единиц по Протодьяконову разрабатывают механическим путем. Сваи, заглубляемые в морское дно, выполняют из металлических труб с антикоррозийным покрытием и устанавливают под острым углом относительно вертикального ствола. Сваи, заглубляемые в морское дно, выполняют из профильного металла с антикоррозийным покрытием.

Технический результат, обеспечиваемый изобретением, состоит в упрощении строительства тоннеля, удешевлении стоимости, сокращении сроков и повышении безопасности при его эксплуатации.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг.1 изображен общий вид тоннеля;

на фиг.2 - состыкованные монтажные кольца вертикального ствола;

на фиг.3 - разрез фиг.2 по (А-А).

Строительству тоннеля предшествует проведение необходимых изыскательских работ, на основании которых выбирают и прокладывают трассу. Особое внимание при выборе трассы обращают на породу и состояние грунта, на наличие и размеры впадин на глубинах моря, отмелей и состояние грунта в основании отмелей. Для установки вертикальных стволов выбирают отмели.

Прокладка тоннеля может проводиться одновременно, как с обеих сторон суши (на небольшие расстояния), так и в обе стороны от установленных на дно моря и заглубленных в него, одного или нескольких, вертикальных стволов тоннеля.

Строительство тоннеля под морским дном включает в себя следующие этапы: сооружение на морском дне 1 (фиг.1.) вертикального ствола 2 и, вокруг него, каркаса 3 искусственного острова; укрепление вертикального ствола путем укладки, в промежутке между вертикальным стволом и каркасом искусственного острова, бетонных блоков 4 и насыпного грунта 5; откачку воды из вертикального ствола; проходку вертикальной части тоннеля 6 под морским дном до заданной отметки; сооружение около шахтного двора 7; проходку горизонтальной части тоннеля 8; удаление выработанного грунта из вертикальной и горизонтальной частей тоннеля и его отсыпку 9 вокруг вертикального ствола и каркаса острова до уровня морской поверхности 10, дальнейшую отсыпку выбираемого из тоннеля грунта вокруг каркаса, до образования искусственного острова 11, с заданной проектом площадью.

Проходку тоннеля ведут в обе стороны от вертикального ствола одновременно и на протяженные расстояния. Длина проходимых участков регламентируется как наличием на трассе отмелей, на которых могут быть установлены следующие вертикальные стволы, так и оптимальными условиями разработки и удаления из тоннеля выработанного грунта.

Выработку породы в тоннеле осуществляют комбинированным методом: при твердости грунта до 4-х единиц по Протодьяконову, проходку ведут методом гидроотбойки при помощи мониторов высокого давления, а породы с более высокой твердостью разрабатывают гидровзрывом. Следует отметить, что метод гидроотбойки применялся ранее для разработки грунта с природной трещевидностью, а именно при добыче угля в угольных шахтах. Для производства же работ по прокладке тоннелей использовались другие методы, такие как пневматические, механические, плазменные, взрывные и др. Все они предполагают прокладку путей, временную крепь забоя, навалку отбитой породы, вывоз, размещение ее в отвал, проветривание забоя. Все это замедляет работы, удорожает их, требует дополнительных усилий для размещения отбитой породы. В заявленном способе, отбитую гидромонитором и гидровзрывом породу превращают в пульпу. С помощью гидронасосов, ее нагнетают под давлением в пульпопровод и удаляют из тоннеля, через вертикальный ствол, распределяя пульпу вокруг вертикального ствола и каркаса острова. В результате вертикальный ствол тоннеля укрепляют без дополнительных затрат. Отсыпку грунта продолжают до достижения уровня морской поверхности и далее. По мере увеличения длины тоннеля, вокруг вертикального ствола формируют искусственный остров. Площадь острова определяется как техническим проектом, так и объемом вынутого из тоннеля грунта. Каркас острова, сооруженный вокруг вертикального ствола, создает основу, предохраняющую вымывание твердой составляющей пульпы, и обеспечивает предельный угол откоса, что уменьшает потребность в грунте и создает скелетную основу острова. Остров не только укрепляет вертикальный ствол тоннеля, но и является его естественной “рубашкой” и тем самым неотьемлимой частью тоннеля. Он предохраняет тоннель, в период штормов, от затопления водой, повышая тем самым безопасность как строительства тоннеля, так и его эксплуатации.

Вертикальный ствол монтируют из устанавливаемых друг на друга железобетонных, бетонных или металлических толстостенных конструкций, выполненных в виде колец 12 (фиг.2). Внутренний диаметр d (фиг.3) монтажного кольца выбирается таким, чтобы он был достаточен для доставки в тоннель оборудования и механизмов, как для строительства тоннеля, так и для дальнейшей его эксплуатации. Высота монтажного кольца h регламентируется грузоподъемностью крана.

В каждом монтажном кольце выполнено, по крайней мере, по одному кольцевому пазу 13 в его верхней части и, симметрично, по одному кольцевому шипу 14 в нижней части, что позволяет при установке монтажных колец друг на друга обеспечить их надежную стыковку и закрепление. Кроме того, с наружной стороны монтажного кольца предусмотрены крепежные элементы 15, выполненные, например, в виде крючков или проушин, которые предназначены для фиксации надувной пневмокамеры, размещаемой вокруг монтажного кольца. На монтажное кольцо, перед его спуском на воду, надевают пневматическую камеру, в которой устанавливают давление, обеспечивающее отрицательную плавучесть монтажного кольца (10-20 кг). Это позволяет осуществить его плавное погружение, поддерживать правильное положение в воде и облегчает установку монтажного кольца на место (стыковку). При необходимости, по мере увеличения глубины при погружении, давление в пневмокамере регулируют с помощью вентиля, расположенного на ее внешней стороне.

Монтаж вертикального ствола на морском дне осуществляют следующим путем. К месту его установки на барже или плавучей платформе доставляют необходимое оборудование, материалы, снаряжение и монтажные кольца. В заданной точке на морском дне, в наносном, осадочном грунте 19, с помощью водолазов подготавливают площадку в виде цилиндрического углубления для установки первого монтажного кольца. На монтажное кольцо надевают пневматическую камеру, например надувной резиновый или полиэтиленовый баллон, внутри которой устанавливают давление, обеспечивающее отрицательную плавучесть монтажного кольца при его погружении.

Под собственной тяжестью монтажное кольцо опускается в водную среду и с помощью водолазов доставляется на дно и устанавливается на заданное место. Аналогично опускают и монтируют второе и все последующие монтажные кольца. Под воздействием возрастающей тяжести, при увеличении числа монтажных колец, они продавливают наносной грунт и углубляются до коренной породы. При установке монтажных колец друг на друга обеспечивают герметизацию стыковочных швов, например, при помощи уплотняющих, надувных, двухслойных, саморасправляющихся и облегающих место стыка водонепроницаемых прокладок 16. Для придания им рабочего состояния сжатый воздух из них выпускают, и под давлением воды прокладка точно и тесно прижимается к стыковочным швам между монтажными кольцами. Герметизацию стыковочных швов можно обеспечить и другими известными путями, например смазкой стыкуемых монтажных колец клеящей субстанцией, свинцовой чеканкой стыков, бетонным герметикам и т.д.

Наращивание вертикального ствола сопровождают его укреплением. Первоначальные нижние монтажные кольца укрепляют отсыпкой привозными с суши бетонными блоками 4 (фиг.1), грунтом, строительными отходами и т.п. с тем, чтобы эта часть вертикального ствола прочно зафиксировалась. Чтобы укрепить весь вертикальный ствол до уровня морской поверхности, в дальнейшем используют грунт, выбираемый при проходке вертикальной (поддонной) и горизонтальной частей тоннеля.

Одновременно с монтажом вертикального ствола вокруг него сооружают каркас 3 искусственного острова. Каркас является основой искусственного острова и одновременно повышает надежность укрепления вертикального ствола, предотвращая размыв вокруг него твердых фракций отсыпаемого и намываемого грунта. Каркас острова может иметь различные формы, например усеченного конуса, усеченной пирамиды или цилиндра и др., и сооружается из железобетонных или металлических, с антикоррозийным покрытием, свай, которые заглубляют в морское дно и жестко связывают между собой, например, по окружности или по спирали, металлическими трубами с антикоррозийным покрытием. Площадь основания каркаса острова и его поверхностной части, а также угол наклона свай и другие величины рассчитывают в зависимости, от заданной проектом, площади искусственного острова.

По достижении вертикальным стволом заданного уровня возвышения над морской поверхностью, из него откачивают воду и осуществляют проходку вертикальной части тоннеля 6 до заданной глубины. Для этого, на судне или барже, устанавливают необходимое оборудование, а именно: энергетическое оборудование, насосы высокого давления (200-250 атм), гидромониторы для размывки грунта и превращения его в пульпу, гидронасосы для подачи пульпы на поверхность и др. Внутри вертикального ствола прокладывают пульпопровод. Проходку ведут с использованием гидромонитора, а грунт, в виде пульпы, удаляют с помощью гидронасосов по пульпопроводу через вертикальный ствол 2 и распределяют его снаружи вокруг вертикального ствола и каркаса 3 искусственного острова, обеспечивая тем самым их укрепление и, кроме того, постепенное намывание искусственного острова.

По достижении заданной глубины, вокруг основания вертикальной части тоннеля, устраивают около шахтный двор, куда перебазируют все необходимые для проходки горизонтальной части механизмы и материалы: гидромониторы, насосы высокого давления и пульпонасосы, трубы пульпопроводов и водопроводов, механизмы и материалы, необходимые для производства работ, при проходке в условиях твердых пород (дробилки, емкости для подготовки пульпы и подачи ее в пульпопроводы и т.п.). По завершении подготовительных работ приступают к проходке горизонтальной части тоннеля.

Горизонтальный тоннель может быть двухъярусным, сооруженным на разных глубинах. В этом случае дополнительно углубляют, описанным выше способом, его вертикальную часть до заданной отметки, вокруг которой устраивают еще один околошахтный двор и ведут проходку одновременно двух тоннелей, в двух заданных направлениях. Тоннель второго яруса может использоваться, в дальнейшем, не только для транспорта, но и как хранилище, например, для захоронения ядерных отходов.

Выбираемый из тоннеля грунт используют для создания искусственного острова большей площади. Данная технология позволяет дополнительно сократить сроки строительства.

Проходку тоннеля ведут в обе стороны от вертикального ствола. Проходческая работа, при твердости грунта до 4-х единиц по Протодьяконову, представляет собой работу гидромониторов, внедряющихся струей воды, под давлением 120-400 атмосфер, в трещины в грунте, в мягкие прослойки и прокладки забоя. При отделении крупных кусков породы (глыб), габариты которых невозможно транспортировать в качестве пульпы на поверхность, их дробят механическим путем, например, дробилкой. Полученный конгломерат из породы смешивают с водой и по пульпопроводам, под давлением, создаваемым высоконапорными насосами, выработанный грунт, в виде пульпы, через вертикальный ствол, выдается на поверхность, где пульпа самостоятельно разделяется на две составляющие. Вода, при этом, стекает в море, а твердые фракции поступают в тело создаваемого искусственного острова, образуя, тем самым, защитную зону вокруг вертикального ствола, защищающую его от штормов.

В случае если, при проходке тоннеля, встречается порода с твердостью грунта свыше 4-х единиц по Протодьяконову, ее разрушают гидровзрывом, превращают в пульпу и, как это описано выше, по пульпопроводу удаляют из тоннеля. Таким образом, строительство тоннеля предлагаемым способом обеспечивает непрерывность процесса, не нарушает структуры окружающих тоннель пород, исключает необходимость в установке временной крепи, временных путей для вывозки грунта, в временном электроснабжении, уменьшает потребность в вентиляции, исключает трещевидность в окружающем тоннель пространстве, сокращает время производства работ.

Пример реализации способа

К месту установки в море вертикального ствола, на плавучем средстве, доставляют монтажные кольца, а также подъемный кран, материалы и оборудование, необходимое для проведения подводных работ.

Перед началом монтажа вертикального ствола водолазы, на морском дне, подготавливают площадку, в виде цилиндрического углубления, для установки в нее первого монтажного кольца.

Монтажное кольцо 12 (фиг.2) имеет вид цилиндра с выполненным в нем кольцевым пазом 13 в верхней части и симметрично расположенным кольцевым шипом 14 в его нижней части. Кольцевые шип и паз предназначены для плотной стыковки монтажных колец, при установке их друг на друга. В верхней части монтажного кольца, симметрично, расположены, по крайней мере, четыре крепежных элемента 15, выполненных, например, в виде крючков или проушин, для крепления, вокруг монтажного кольца, пневматической камеры.

Перед спуском монтажного кольца на воду, на него надевают пневматическую камеру, закрепляют ее с помощью крепежных элементов, внутри пневматической камеры устанавливают давление, обеспечивающее отрицательную плавучесть монтажного кольца, например 20 кг, и, с помощью подъемного крана, размещенного на плавучем средстве, спускают на воду. Под тяжестью собственного веса монтажное кольцо, сохраняя вертикальное положение, плавно и медленно опускается на морское дно и, при помощи водолазов, устанавливается в подготовленную на морском дне, кольцевую нишу. При спуске монтажного кольца, по мере увеличения глубины и увеличения плотности воды, давление в пневматической камере, при необходимости, регулируют, обеспечивая тем самым, сохранение постоянной отрицательной плавучести монтажного кольца, до его установки на заданное место. Аналогично доставляют второе и последующие монтажные кольца.

Технология сооружения вертикального ствола представляет собой последовательную установку монтажных колец друг на друга кольцевым шипом в кольцевой паз, герметизацию стыковочных швов и одновременное укрепление придонной части вертикального ствола бетонными блоками и грунтом, доставляемыми с суши. Дальнейшее укрепление вертикального ствола, обеспечивают грунтом, удаляемым из вертикального и горизонтального участков тоннеля, при их проходке, а также за счет создания вокруг вертикального ствола искусственного острова.

Герметизацию стыковочного шва, в процессе установки монтажных колец друг на друга, обеспечивают, например, с помощью надувной, двухслойной, саморасправляющейся водонепроницаемой прокладки 16 (фиг.2), которую располагают над кольцевым пазом нижнего монтажного кольца. В процессе стыковки с верхним монтажным кольцом, когда шип верхнего кольца входит в паз нижнего, из прокладки выпускают воздух и она, под давлением воды, тесно и плотно прижимается к стыковочным швам, надежно обеспечивая их герметичность.

Для создания искусственного острова 11, который одновременно служит защитой вертикального ствола от его разрушения при сильных морских волнениях, а также от проникновения внутрь тоннеля через вертикальный ствол морской воды, особенно при шторме, вокруг вертикального ствола 2 сооружают каркас 3 искусственного острова, например, из железобетонных или металлических, с антикоррозионным покрытием, свай. Сваи заглубляют в морское дно под острым, прямым или тупым углом относительно основания вертикального ствола. Величина угла наклона свай определяется как площадью создаваемого острова, так и техническими возможностями заглубления свай с уклоном. Выбор расстояния, между сваями и вертикальным стволом, зависит от высоты сооружаемого вертикального ствола и площади намываемого острова. Заглубленные в морское дно сваи, опоясывают, по окружностям или по спирали, металлическими трубами 18 и, при помощи сварки или хомутов, сваи и трубы жестко связывают между собой. Сооружение каркаса острова, укрепление придонной части вертикального ствола и его наращивание, при необходимости, могут вестись параллельно.

По мере наращивания вертикального ствола, он под действием собственного веса продавливает наносной, осадочный грунт 19 и постепенно заглубляется до твердых, коренных пород 20. После заглубления, обеспечивают укрепление придонной части вертикального ствола 2 путем укладки вокруг нее бетонных блоков 4, крупных строительных отходов и грунта, доставляемых с суши, либо ее бетонированием. Доставка этих материалов на морское дно, а также их укладка, может осуществляться тем же путем, как и доставка монтажных колец, т.е. с помощью надувных пневмокамер.

По достижении вертикальным стволом зоны морского волнения, последние 5-7 монтажных колец одевают в жесткий, металлический корсет 21, который скрепляют с каркасом острова, например, по окружности тросами 22 с тем, чтобы защитить вертикальный ствол от воздействия на него колебаний слоев воды, пока весь вертикальный ствол не будет укреплен насыпным грунтом. Монтаж вертикального ствола заканчивают после вывода его выше уровня морской поверхности, после чего производят откачку воды из вертикального ствола, внутри его прокладывают пульпопровод и приступают к проходческим работам.

Удаление грунта из вертикального ствола 2, проходку коренных пород 20 в вертикальной части тоннеля, а также проходку горизонтальной части тоннеля, осуществляют с использованием гидромонитора, при этом удаление грунта в отвал обеспечивают по пульпопроводу с помощью гидронасосов высокого давления, устанавливаемых на борту плавсредства.

Образовавшийся в вертикальном стволе, в процессе его наращивания и заглубления, мягкий наносной грунт, с помощью гидромонитора, размывают струей воды под давлением 120-150 атмосфер. Превращенный в пульпу грунт, по пульпопроводу, при помощи насосов высокого давления, удаляют наружу и распределяют вокруг вертикального ствола. Аналогичным путем осуществляют разрушение и выемку грунта при проходке коренных пород в вертикальной части тоннеля. Но, поскольку коренные породы обладают большей твердостью, давление струи воды, формируемой в гидромониторе, увеличивают до 200-400 атмосфер. Если же твердость грунта превышает четыре единицы по Протодьяконову, то породу разрушают гидровзрывным путем. В том случае, если при разрушении породы образуются глыбы, превышающие диаметр труб пульпопровода, их измельчают, например, при помощи дробилки, затем грунт смешивают с водой до получения пульпы и по пульпопроводу удаляют наружу.

При достижении вертикальной частью тоннеля 6 проектной глубины, вокруг него устраивают околошахтный двор 7, куда перебазируют необходимые для проходки горизонтальной части тоннеля механизмы, оборудование и материалы, а именно гидромонитор, насосы высокого давления и пульпонасосы, трубы пульпопроводов и водопроводов, дробилки, емкости для приготовления пульпы и подачи ее в пульпопровод и другие устройства.

Проходку горизонтальной части тоннеля ведут в обе стороны до их стыковки с встречными частями тоннеля, которые прокладывают от других вертикальных стволов, установленных по трассе. Под горизонтальной частью тоннеля, в районе расположения вертикального ствола, устраивают зумпф 23, предназначенный для сбора воды из тоннеля, в процессе его строительства и эксплуатации.

Использование, при проходке тоннеля, методов гидроотбойки совместно с гидровзрывом, с последующим дроблением крупных фракций грунта, смешиванием с водой, превращением отбитой породы в пульпу и доставкой ее гидротранспортом на поверхность, позволяет вести работы по прокладке тоннеля и созданию вокруг вертикального ствола искусственного острова завершенными частями. При этом водная струя, создаваемая гидромониторами, производит разрушения только в требуемой для проходки зоне, а транспортировка грунта может осуществляться на протяженные расстояния.

При выемке грунта из тоннеля протяженностью, например, 7 км в обе стороны, при высоте вертикального ствола (глубине моря) 80 метров, с учетом угла откоса-0,7, диаметр намываемого острова составит более 200 м, а его площадь более 4000 м². Такой остров обеспечит надежную защиту вертикального ствола от разрушения, предотвратит затопление тоннеля во время штормов. Кроме того, остров может использоваться как объект народнохозяйственного значения как в период строительства, так и после завершения всех строительных работ.

Таким образом, предложенный способ позволяет обеспечить строительство тоннеля под морским дном на любые расстояния, сократить сроки строительства и уменьшить строительные расходы.

Источники информации

1. Авторское свидетельство №889859, Е 21 D 10/00, опубл. 18.12.1981.

2. Патент Великобритании №2358417, Е 21 D 9/00, опубл. 18.01.2000, (прототип).