Тунелна инфраструктура

Непрекъснато развитие и технологични иновации

Проектирането на тунели придобива все по-голямо значение за развитието на Европейската инфраструктура. Въпреки икономическите затруднения, тунелното строителство напредва в цяла Европа с изграждането на метролинии, железопътни връзки и пътни пресичания. За изграждане на съоръженията, някои от които значителни, се прилагат както щитов метод с използване на тунелно–пробивни машини (ТВМ), така и конвенционални методи за прокопаване. Други проекти вероятно ще поставят нови световни рекорди.

Тунелът Brenner Base е базисен тунел между Австрия и северна Италия и е проектиран като най-дългия в света. Подобно на тунела Gotthard в Швейцария, чието прокопаване завърши в началото на 2011 г. и в който към настоящия момент се изгражда железопътна линия, Brenner Base е с изключителна дължина и на много голяма дълбочина. В проекта се включва подход за включване на движението в град Инсбрук (Innsbruck), а общата дължина на съоръжението е 64km, което е със седем километра повече от досегашния рекордьор Gotthard с дължина 57km.

За постигане на сравнително малки надлъжни наклони, които ще позволят преминаването на високоскоростен пътнически и товарен трафик, двете съседни тунелни тръби с диаметър 9,5m всяка, достигат дълбочина до 1 300m, която е малко по-малка от дълбочината на Швейцарския тунел. Въпреки това са налице проблеми, като много голям скален натиск и значителни температури. Изграждането с тунелно-пробивни машини тепърва предстои, като най-вероятно ще започне през 2015 г. или 2016 г. Засега строителните работи се ограничават до изследването на скални проби и изграждането на тунели за достъп до основното съоръжение. Между двете главни тунелни тръби ще бъде изграден допълнителен, обслужващ и дрениращ тунел с диаметър 6m. Първо започва изграждането на този тунел, за да бъдат изследвани скалните условия. В южния край, от италианска страна, с тунелно–пробивна машина на фирма Seli вече има изграден участък с дължина 10,5km и съоръжение за страничен достъп с дължина 2km. В северния край тунелът се изпълнява по тунелен способ, чрез сондаж и взривни работи, тъй като при Инсбрук (Innsbruck) инженерно–геоложките условия са сложни. Използват се платформи на фирма Sandvik. Строителството е започнало през oктомври с изграждането на голям тунел за страничен достъп с дължина 2,4km. Началото на съоръжението е при град Арентал (Ahrental) и служи за връзка с обслужващия тунел при Инсбрук (Innsbruck). Четири други тунела за достъп са в процес на строителство. Основният от тях е продължение на южната тръба и пресича зона с тежки условия и разрушени скали, на място, където Африканската и Европейската тектонични плочи взаимодействат помежду си. Подобни условия могат напълно да спрат тунелно–пробивната машина. До момента извършването на проучвателни работи със сондажи и взрив върви добре през песъчлива зона с дълбочина 12m, като очакваните трудни места са едно или две. Вече е започнало строителството и на първите 2km от основните тунелни тръби, в посока обратно към южния портал, по тунелен способ, чрез сондаж и взривни работи. Изграждат се и две много големи стартови шахти, където щитовете ще бъдат сглобени.

Функционално оборудване на тунела Gotthard
В Швейцария проектът Gotthard продължава с монтаж на функционалното оборудване за тунела. Тази стратегическа Европейска високоскоростна железопътна връзка от север към Италия включва още няколко по-малки, но значими тунела. Най-голямото съоръжение в посока юг е дългият 15,4km тунел Ceneri. Той се състои от две тунелни тръби с диаметър 8.5m. Прокопаването им започва през 2010 г. с помощта на четири платформи Sandvik 1300, оборудвани с по три пробивни стрели. Изкопните и взривни работи се извършват на север и юг от централния тунел. На обекта се използват помощни влакове с окачен – подвижен покрив на фирма Rowi. От общо 8km са изпълнени 2,7km в западната част и 3km в източната. В южния край са прокопани по 3km и в двете тръби. Изпълнени са и къси участъци при порталите в южния край с дължина малко над 300m и в северния край с дължина 750m. Двата обекта са възложени с отделни договори и вече се работи по изпълнение на облицовката.

Друг голям Алпийски проект и важен Европейски транспортен коридор е железопътният тунел Koralm. Проектът е на Австрийската държавна железопътна компания ОВВ и трябва да свърже градовете Граз (Graz) и Клагенфурт (Klagenfurt). Дългият 32,5km тунел ще бъде изпълнен на три етапа от три Изпълнителя, като първият и най-голям етап е с дължина 20km и е на стойност 570 милиона евро. В края на 2010 г. е възложен на Strabag – водещ участник в консорциум с фирма Jäger.

Първоначалните строителни работи са съсредоточени в изграждането на две еднакви, свързани помежду си шахти с диаметър 20m и дълбочина 60m, които са единственият достъп до трасето на тунела. В участък от 4,5km строителството и на двете тунелни тръби трябва да се осъществи в меки почви по Нов Австрийски метод. Следват пробивно–взривни работи за направата на стартови площадки за две двойни тунело–пробивни машини на немската фирма Aker-Wirth, предназначени за работа в твърда скала. Те ще прокопаят два тунела с дължини съответно 17km и 15,5km. С помощта на две машини за изпълнение на анкери на фирма Atlas Copco, един багер Liebherr и една машина за торкретиране тип Meyco Robojet на фирма BASF се изпълнява стартовата шахта за пускане на първата тунелно–пробивна машина през Януари.

Междувременно, отново в Алпите, фирма Condotte изпозлва обновена, двойна тунелно–пробивна машина за работа в твърда скала на фирма Caterpillar Tunneling (позната като Lovat в миналото) за прокопаването на резервен, авариен тунел с дължина 5,77км, успоредно на пътния тунел Great St Bernard между Италия и Швейцария. През всеки 240 метра съоръжението за безопасност се свързва с 23 индивидуални прохода.

Основната тунелна тръба е с диаметър 4,26m. Прокопаването й започна през Октомври 2010 г. и завърши юни 2012 г. Съоръжението преминава през пластове от гнайс, шисти и пясъчници с твърдост от 40 до 140МPа, а скалният масив над него е с дебелина до 950m. Облицовката на тунела се състои от четири стоманобетонни сглобяеми трапецовидни сегмента в сечение.

Големи проекти за изграждането на железопътни тунели също са в ход и на други места. Във Франция през Август бяха прокопани първите 2km от общо 4km високоскоростни тунелни тръби под планините Vosges. Изпълнител е консорциум от фирмите Spie Batignolles TPCI и Dodin Campenon Bernard. За строителните работи е използвана 10 метрова тунелно–пробивна машина с два режима на работа, която е пусната през ноември миналата година. Двеста метра след началото режимът на работа е променен от противоналягане с баланс на земните маси (ЕРВ) за прокопаване на смесени неуплътнени пясъчници и варовици в режим на работа в твърда скала, за прокопаване на следващите твърди червени пясъчници. Тунелът е финална част от високоскоростното железопътно трасе TGV с дължина 106km от Париж до Страсбург.

Машини за проекта CROSSRAIL
Междувременно, в град Шванау (Schwanau), Германия наскоро завърши изпитването на петата от общо осем тунелно-пробивни машини на фирма Herrenknecht за най-мащабния железопътен проект в Европа – лондонският Crossrail, на стойност 16 милиарда английски лири. Машината, кръстена София (Sofia), е предназначена за работа в затворен режим в подземен участък от 2,6km, който преминава под река Темза и се състои от варовици.

Доставени са и четири други машини тип EPB (противоналягане с баланс на земните маси), първите две от които вече работят в западната част на Лондон. Първата от тях - диаметър 7,1m, е започнала работа през месец май. Втората машина – Ada, е започнала работа, но в началото на октомври е била спряна на 150m от Paddington, поради срутване на част от стоманената конструкция на лентовата конвейерна система за извозване на изкопания материал. Натрупването на такъв материал на работната площадка означава, че изкопните работи не могат да продължат до разрешаване на проблема, въпреки че според Crossrail всички срокове ще бъдат спазени. Тунелите между Royal Oak и Farringdon ще бъдат завършени в края на 2013 г.

Две от машините за източните съоръжения с дължина 8,5km към Farringdon в момента се сглобяват под земята в две шахти с диаметър 30m, свързани помежду си с връзка, прокопана по Нов Австрийски метод.

Друг голям градски железопътен проект напредва под шведската столица Стокхолм (Stockholm). Проектът City Banan се предвижда да осигури допълнителна железопътна връзка, успоредна на съществуващата основна линия, с цел облекчаване на трафика.

Проектната дължина на съоръжението е 6km и в него се включват осем подобекта, като в малък участък от трасето тунелната тръба е потопена под вода. Въпреки това, критичен момент се оказва необходимостта от прокопаване на тунела в два участъка в много твърда скала с дълбочина до 40m в центъра на града. Единият участък е непосредствено под основната централна станция, където спирката, заедно с тунелните тръби, вече са изградени. На север е другият критичен участък, с дължина 2km, който се намира точно под жилищна сграда и съществуваща станция на метрото.

Строително–монтажните работи по новата станция City се извършват от Изпълнителя фирма NCC. Предвиждат се много площадки и допълнителни тунели за пешеходци, проходи, сервизни помещения и ескалатори. При станциите ширината на тунелите достига до 25m, а височината е 9m. Двойните тунели са с ширина 12m и височина 7m.

За извършването на изкопни и взривни работи изпълнителят е използвал големи платформи тип jumbo на фирма Atlas Copco, с помощта на които са прокопани над 510,000m3 скален материал в твърди гранити и гнайси.

Стабилен напредък
Фирма Bilfinger Berger също отбелязва стабилен напредък с изпълнени около 90% от изкопните работи по допълнителен договор за изпълнение на общо 4,5km тунел за двойна линия с ширина до около 10m и височина от 6m до 8m, както и успореден сервизен тунел с поредица от свързващи тунели.

За някои деликатни изкопни работи, намиращи се под съществуваща църква и под линията на метрото са използвани платформи тип jumbo на фирма Sandvik. Вибрациите са редуцирани, посредством прецизни, електронно–контролирани взривни работи, с използване на детонатри Edef. Възложител е фирма Trafikverket, а проектант е фирма WSP. Стойността на проекта възлиза на 1,8 милиарда шведски крони или около 200 милиона английски лири.

Друг северен градски железопътен проект поражда интересни въпроси. В близост до Хелзинки (Helsinki) от 2009 г. се изгражда нова железопътна връзка до аерогарата. Проектът е с дължина 8.4km и представлява двоен железопътен тунел, който в зоната на аерогарата преминава през твърда скала - гранит и се изгражда по тунелен способ, чрез изкопни и взривни работи от четири различни изпълнителя, фирмите Skanska Finland, SRT, YIT, и Kalliorakennus.

Най-често използваната машина с четири стрели за изпълнение на изкопни работи и анкерно укрепване на обекта е тази на фирма Atlas Copco, въпреки че Skanska е използвала подобни машини на фирма Sandvik. Строителството включва изграждане на четири подземни станции. Дейностите по прокопаване на тунела и извозване на скалния материал са завършени едва това лято. Наложило се е удължаване на срока за изпълнение на работите в зоната под аерогарата, поради възникването на необичаен проблем – появата на бактерии и плесен. Причината за появата им е веществото гликол – антифриз, използван при самолетите, с който скалата се е пропила. В резултат на това в участък от над 1,1km сечението на тунела е уширено допълнително с 1m от първоначалните 7,5m ширина и 9m височина, което позволява изграждането на вътрешен допълнителен бетонов тунел. С негова помощ скалата ще бъде изолирана херметически и ще бъде предотвратен достъпа на бактериите и неприятната миризма до основния тунел. Сега започва и монтажът на функционалното оборудване на тунела. В него, на разстояние от около 2km от порталите, ще бъде изпълнена допълнителна изолация, която да предпази конструкцията от температури по-ниски от -30°C.

Все пак не всички тунели, които се строят, са железопътни. С машина на фирма Herrenknecht от типа EPB – най-голямата тунелно–пробивна машина в света, бяха изградени първите 2,6km от тунела Sparvo. Съоръжението е един от многото тунели в автомагистрален участък от 40km в Апенините между градовете Болония (Bologna) и Флоренция (Florence). Благодарение на новия тунел ще бъде подобрено трасето на основната пътна артерия на Италия – автомагистрала А1.

Пробивни и взривни работи
Изключително голямата машина бе избрана за прокопаване на относително къс участък, не само защото режимът на работа с противоналягане EPB позволява да се избегне засядане, но и поради риска от обгазяване с метан под земята. Специална вентилационна система улавя и разрежда всички газове, на които се натъкне.

Машината с чудовищни размери поставя Изпълнителя фирма Toto Costruzioni Generali пред необичайни предизвикателства, като едно от тях е обръщането на тежащият 2 700 тона режещ пръстен в края на трасето, с оглед позиционирането му за прокопаване на успоредния тунел в обратна посока. За машината са проектирани въздушни възглавници от специализираната в производството им, както и в производството на режещи дискове фирма Palmieri, базирана в близост до строителния обект. Благодарение на осем такива въздушни възглавници, щитът успешно маневрира на обекта.

Операцията почти се проваля след появата на сериозни пукнатини в стоманобетонната платформа, изградена при портала за излизането на машината. Според главния инженер на проекта Lorenzo Scolavino, благодарение на поставянето на допълнителни метални плочи, тежкият товар е поет. Стойността на обекта е 339 милиона евро.

В допълнение към тези мащабни проекти, има още многобройни проекти за тунелни съоръжения в цяла Европа, които в момента са на фаза проектиране. Например, фирма Herrenknecht наскоро произведе за Изпълнителя фирма OHL специална тунелно–пробивна машина тип Mixshield с диаметър 12,56m за строителството на първия от двата тунела с дължина 1,2km по проекта за пътен тунел Słowacki Route под Vistula в Гданск (Gdansk), Полша

Също в Полша, четири тунелно-пробивни машини, работещи в режим EPB, в момента прокопават основния 7 километров участък от втората линия на Варшавското метро, детайли за което има в брой Юли/Август на СЕ.

Американският производител на тунелно–пробивни машини фирма Robbins е доставила на турския изпълнител Gülermak двоен щит с диаметър 10m, работещ в двоен режим за изграждането на водно силов тунел с дължина 11,8km през вулканична скала за хидроенергийният проект Kargi Kizilirmak в централна Турция. Според последните доклади за развитието на проекта, дългата 350m машина напредва стабилно, но бавно при изключително тежки условия на работа в слаба скала - офиолит с високо съдържание на глина и приток на вода. Очаква се инженерно – геоложките условия да останат такива през първите 3km, като се изисква сегментна облицовка. След това се очакват твърди базалтови скали, за които на тунелно – пробивната машина ще бъде добавено оборудване за изпълнение на анкерно укрепване и торкрет бетон.

В южна Турция, друга машина на фирмата производител Robbins се подготвя за изпълнение на хидроенергийният проект Yamanli. Двойната тунелно–пробивна машина е с диаметър 4,3m и трябва да прокопае за Възложителя – фирма NTF Construction водно силов тунел с дължина 9,3km през варовикови скали.