Способ сооружения тоннеля под морским дном

 

Изобретение относится к области строительства и горного дела и может быть использовано при сооружении под морским дном тоннелей большой протяженности. Способ сооружения тоннеля под морским дном включает 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. Новым является то, 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. Технический результат, обеспечиваемый изобретением, состоит в упрощении строительства тоннеля, удешевлении стоимости, сокращении сроков и повышении безопасности при его эксплуатации. 4 з.п.ф-лы, 3 ил.

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).

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.

РИСУНКИРисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при строительстве новых трубопроводов или ремонте существующих на труднодоступных территориях, преимущественно на болотах и обводненных территориях

Изобретение относится к способам производства нефтегазопромысловых работ в глубоководных районах с тяжелыми гидрометеорологическими и климатическими условиями, в том числе арктическом шельфе, и конструкциям морских гидротехнических сооружений для этого

Изобретение относится к способам возведения подводных сооружений для консервации подводных экологически опасных объектов, возникших из-за деятельности человека, например, из-за аварий, затоплений

Изобретение относится к области строительства, позволяет возводить фундаменты на глубоководных водоемах и заключается в том, что оболочка опоры выполнена из секций, изготовленных в виде цилиндрических колец с отверстиями, симметрично расположенными по окружности, и соосно опускаемых на грунт путем нанизывания на направляющие, подвешенные на кондукторе, расположенном над поверхностью воды, после чего через полости разрабатывают скважины, которые затем вместе с полостями оболочки заполняются конструкционным материалом

Изобретение относится к области строительства, а именно к созданию искусственных островов и оснований различного назначения, и может быть использовано для создания как надводных, так и подводных поселений, лабораторий, хранилищ и прочих сооружений

Изобретение относится к гаражному строительству и может быть использовано при сооружении гаражей под реками, водохранилищами и другими водными преградами

Изобретение относится к гидротехническому строительству, в частности к строительству причалов, подводных ограждающих конструкций, искусственных островов, подводных защитных сооружений на шельфе. Способ производства подводно-технических работ при монтаже крупногабаритных объектов включает доставку объекта в виде массива-гиганта к месту монтажа, его затопление и монтаж с использованием грузовой баржи и плавучего подъемного средства. Доставку осуществляют с использованием плавсредства катамаранного типа, выполненного с возможностью размещения загруженной баржи в пространстве между образующими катамаран понтонами, соединенными между собой металлическими рамными конструкциями с грузоподъемными средствами для подъема и опускания массива-гиганта, а также снабженными конструкциями с выдвижными элементами, обеспечивающими удержание массива-гиганта при доставке его к месту монтажа. Баржу с массивом-гигантом полной готовности заводят на водной акватории в пространство между понтонами плавсредства катамаранного типа, поднимают с помощью его грузоподъемных средств массив-гигант, выводят из пространства между понтонами в акваторию разгруженную баржу, опускают массив-гигант для укладки его на выдвижные элементы, выдвигают указанные элементы с помощью привода и опирают на них массив-гигант. Плавсредство с массивом-гигантом самоходом или буксировкой доставляют к месту производства работ, швартуют плавсредство и осуществляют затопление массива-гиганта и монтаж освобождением от удерживающих его выдвижных элементов с использованием грузоподъемных средств, которыми оборудовано плавсредство. Технический результат состоит в оптимизации технологии и снижении затрат на производство подводно-технических работ при монтаже крупногабаритных объектов и конструкций. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к подземным и подводным сооружениям и может быть использовано при строительстве железнодорожных и автомобильных тоннелей, проходимых под водоемами, преимущественно в условиях криолитзоны. Способ сооружения подводных тоннелей, включающий проходку наклонных и горизонтальных выработок, создание выработки арочной формы, крепление ее стенок и свода монолитным железобетоном, оклеечную наружную гидроизоляцию из битумной мастики, рампу и водонепроницаемый затвор, водоотведение с помощью дренажных лотков, отличается тем, что с целью обеспечения эффективности горнопроходческих работ и повышения надежности гидроизоляции тоннеля его длину разделяют на участки с открытым и подземным способами проходки, причем на открытом участке строят наклонную въездную траншею при минимальном уровне воды в реке техникой открытых работ, в конце траншеи сооружают подковообразной формы защитный бордюр из железобетона, возводят стенки, арочный свод тоннеля с оснасткой, поверх которых укладывают гидроизоляционную рубашку из синтетического материала тайпар и засыпают вынутым грунтом, проходку подводного участка тоннеля ведут в щадящем режиме проходческими комбайнами встречными забоями до стыковки их на проектной отметке, а проскоки воды в тоннель собирают в зумпфе с последующей откачкой насосами через скважины на поверхностную нагорную канаву, соединенную с водоемом. Технический результат состоит в повышении надежности гидроизоляции тоннеля, снижении трудоемкости и материалоемкости при строительстве. 1 табл., 4 ил.

Изобретение относится к гидротехническому строительству сооружений, используемых на акваториях длительно замерзающих морей, на которых освоение углеводородов с поверхности моря недоступно. Подводное сооружение (ПС) работает на глубине в диапазоне от 100 до 120 м от уровня моря. При этом ПС состоит из опорно-несущего подводного комплекса и бурового комплекса или добычного комплекса. Опорно-несущий подводный комплекс включает в себя опорно-несущую плиту и устьевой комплекс. Опорно-несущая плита, в свою очередь, содержит устьевой блок, энергетический блок, жилой блок, а также блок жизнеобеспечения, внутренний и внешний круговые коридоры, радиальные переходы, секционированные балластные понтоны круговой формы и движители. Удержание подводного сооружения в вертикальном положении на заданной точке на весь период пребывания обеспечивается за счет регулирования заполнением секций балластных понтонов, при этом удержание в горизонтальной плоскости осуществляется за счет работы движителей. Внутренняя поверхность корпуса бурового комплекса и добычного комплекса конгруэнтна наружной поверхности устьевого комплекса, а нижняя поверхность корпуса бурового комплекса и добычного комплекса конгруэнтна верхней поверхности опорно-несущей плиты. Технический результат заключается в повышении безопасности, надежности и качества проводимых работ. 4 н. и 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

Пирс // 2535726
Изобретение относится к области строительства гидротехнических и транспортных сооружений, в частности к строительству пирсов на побережье северных морей, имеет отношение к энергетике с использованием природных источников энергии, ветра и атмосферного воздуха, экологии окружающей среды и может быть использовано на территории Севера России, других северных стран и в Антарктиде. Пирс представляет собой размещенное на побережье арктических морей, преимущественно в низовьях судоходных рек, линейное гравитационное гидротехническое сооружение. Пирс выполнен в виде установленной на морское дно ледяной платформы 1 прямоугольного сечения. Пирс снабжен расположенными на берегу ветрозахватными электрическими станциями 10 башенного типа, жидкостной системой охлаждения и системой воздушного охлаждения в виде проходных каналов 2. Пирс дополнительно снабжен теплогидроизолирующим экраном 7, размещенным на поверхности платформы 1, и твердым настилом 8 в виде плоских элементов прямоугольной в плане формы, расположенных под углом 45°С к продольной оси платформы. Платформа 1 выполнена с откосами на боковых гранях, расположенными на уровне плавающих льдов. Жидкостная система охлаждения выполнена из сообщающихся между собой аккумуляторов атмосферного холода 3, 4, трубопроводов охлаждения 5, 6 и потребителей хладагента 9. Трубопроводы охлаждения размещены вдоль откосов и под теплогидроизолирующим экраном 7. Повышается прочность, устойчивость, надежность и долговечность ледяного сооружения. 6 ил.

Изобретение относится к области строительства, а именно к подводным сооружениям, возводимым ниже поверхности дна водоема. Способ устройства туннелемоста в подводном канале для преодоления мелководных преград включает выполнение подводного канала и размещение на его дне подводного сооружения, которое прикрывают защитным кожухом. Подводное сооружение выполняют в виде туннелемоста, который строят вдоль подводного канала со строительством на берегах подводных преград въездов в туннелемост и выездов из туннелемоста, его стены выполняются в виде подпорных стен, которые крепят к железобетонным столбам, закрепленным в дне подводного канала, и покрывают его пластмассовыми листами. Защитный кожух выполняют из железобетона, герметично размещают его на подпорных стенах над туннелемостом и также покрывают пластмассовыми листами. Технический результат состоит в обеспечении защищенности и благоприятных условий эксплуатации туннелемоста, снижении материалоемкости и трудоемкости строительства туннелемоста. 1 ил.

Изобретение относится к строительству, а именно к возведению подземных сооружений. Способ возведения многослойных стен подводных сооружений включает установку каркаса из трех и более панелей и их разделение воздушными слоями. Все три и более панелей многослойной стены изготавливают из стеклопластика. Скрепляют их между собой приклеиванием к разделительным монтажным рамам с дополнительным укреплением винтами. Воздушные слои между панелями соединяют с источниками сжатого воздуха или жидкого азота, которые подключают к датчикам давления и(или) датчикам обнаружения воды, установленным в воздушных слоях. Технический результат состоит в повышении прочности каркаса сооружения, повышении безопасности эксплуатации от разрушения панелей, снижении материалоемкости. 1 ил.

Изобретение относится к подводным сооружениям и может быть использовано при строительстве автомобильных и железнодорожных тоннелей, проходимых под водоемами. Транспортный переход содержит размещаемый в воде под судовым ходом водоема или пролива подводный тоннель, выполненный из соединенных между собой железобетонных монолитных секций, позиционированных относительно поверхности дна водоема или пролива и выполненных с транспортной инфраструктурой, состоящей из двух автотранспортного назначения проезжих частей, между которыми размещен железнодорожный путь, отделенный арочными колоннадами от автотранспортного назначения проезжих частей, примыкающие к противоположным берегам водоема или пролива пролетные мосты из железобетонных конструкций для обеспечения водообмена непосредственно вдоль берегов, выполненные с транспортной инфраструктурой, состоящей из двух автотранспортного назначения проезжих частей, между которыми размещен железнодорожный путь, и наклонные подъезды, связывающие подводный тоннель с пролетными мостами, выполненные с транспортной инфраструктурой, состоящей из двух автотранспортного назначения проезжих частей, между которыми размещен железнодорожный путь. Железобетонные монолитные секции подводного тоннеля, имеющие двухслойное перекрытие, уложены на основание в виде железобетонной плиты, служащей пригрузом для осуществления инъекционного укрепления грунта под основанием тоннеля и увеличения площади опирания тоннеля на дно водоема или пролива с удельным давлением не более давления от грунта, убранного при подготовке котлована для размещения двухслойного основания. На всю длину тоннеля по всему его периметру и между слоями днища и основания и перекрытия натянуто противофильтрационное покрытие из геомембраны, защищенное обратными наружными засыпками боковых стен тоннеля, выполненных с опорой на наклонные наружные грани стен тоннеля из тяжелого суглинка. Наклонные подъезды, связывающие подводный тоннель с пролетными мостами, по крайней мере на части своей длины выполнены в насыпи с размещением остальной части длины в выемке относительно дна водоема или пролива, отгороженной от его акватории с обеих сторон земляными дамбами и подпорными стенками и укрепленной на внешних откосах горной массой. Над железобетонными монолитными секциями подводного тоннеля на участке судового хода размещена защитная железобетонная плита, опирающаяся на обратные наружные засыпки боковых стен тоннеля и являющаяся днищем канала судопропуска, от которого возведены вертикально ориентированные сопрягающие устои, являющиеся стенками канала судопропуска. Технический результат состоит в повышении эксплуатационной надежности и срока службы сооружения, упрощении технологии возведения и конструкции сооружения. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

Группа изобретений относится к подводным сооружениям и предназначена для подводного освоения газовых месторождений и сжижения природного газа в акваториях Северного Ледовитого океана, которые длительное время или же постоянно покрыты трудно проходимыми для арктических ледоколов ледовыми полями и исключают возможность добычи и транспорта скважинного флюида традиционным способом. Технический результат - повышение безопасности и качества проводимых работ в процессе подводного освоения газовых месторождений и подводного сжижения природного газа. Подводный комплекс для подводного освоения газовых месторождений и сжижения природного газа предназначен для круглогодичной работы на глубине в диапазоне от 100 до 120 м от уровня моря. Этот комплекс включает буродобывающее подводное сооружение, подводный жилой блок с центром управления, подводную атомную электростанцию, подводный завод для сжижения природного газа, подводный резервуар приема/хранения жидкого азота, подводный резервуар приема/хранения/отгрузки сжиженного природного газа и подводный танкер-газовоз. Буродобывающее подводное сооружение обладает возможностью круглогодичного подводного бурения скважин и их эксплуатации с очисткой скважинного флюида от мехпримесей. Буродобывающее подводное сооружение соединено с заводом для сжижения природного газа связующей гибкой трубой с длиной, обеспечивающей охлаждение природного газа в арктической среде моря до заданной величины. Подводный завод для сжижения природного газа выполнен с возможностью его сжижения путем каскадного ступенчатого последовательного охлаждения до температуры конденсации в противотоке с жидким азотом и обеспечения выхода отработанного жидкого азота по выхлопной гибкой трубе в атмосферу и/или под лед. Подводная атомная электростанция выполнена с возможностью обеспечения электроэнергией по гибким плавучим кабелям всех подводных сооружений. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Группа изобретений относится к области гидротехнического строительства и может быть применена для создания и эксплуатации морских свайно-гравитационных платформ для освоения углеводородных ресурсов континентального шельфа. Платформа содержит верхнее строение, корпус с фундаментом, оборудованным слотами в виде прямого правильного цилиндра, через которые установлены сваи. При этом сваи снабжены оголовками в виде обратных усеченных правильных конусов с диаметром основания, меньшим диаметра слотов в фундаменте, установленном на сваях, заглубленных в слотах с возвышением основания конуса оголовка над верхом слота. Технический результат заключается в повышении устойчивости платформы и снижении материалоемкости платформы. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области строительства и горного дела и может быть использовано при сооружении под морским дном тоннелей большой протяженности

Наверх