|
|
| Главная | Новости | История | Аналоги | Проголосуй "ЗА" | Прими участие | Публикации | Мнения | Наши баннеры |
|
Уважаемые посетители! По объективным причинам сопровождение проекта в виде отдельного сайта стало затруднительно, да и социальные сети предоставляют нам отличные инструменты, так что: обновления на странице сообщества Мост на Сахалин на Facebook! Обязательно ждём вас в подписчики! Страница сообщества Мост на Сахалин в Facebook. Присоединяйтесь!
|
Вариант железнодорожного перехода через пролив Невельского с устройством фильтрующей дамбы и судоходного канала
Зарецкий Ю.К., д.т.н., Корчевский В.Ф.
Международный институт геомеханики и гидросооружений Для строительства железнодорожной линии между материком и о. Сахалин до сего времени рассматривались два варианта перехода через пролив Невельского: туннельный и мостовой. Вместе с тем, учитывая высокую сейсмичность площадки строительства, большую толщу слабых грунтов, слагающих дно пролива, чрезвычайно суровые климатические условия (значительное ветровое воздействие, большие перепады температур, нагрузки от дрейфующих ледяных полей на опоры моста, обледенение пролетных строений), а также большие скорости течения в легкоразмываемом русле, приводящие к его деформациям, можно предположить, что строительство перехода и особенно его эксплуатация будут достаточно сложными и дорогостоящими. В настоящей работе предлагается новый вариант железнодорожного перехода, который представляется более надежным в эксплуатации и менее капиталоемким в строительстве по сравнению с существующими. Суть его заключается в том, что пролив Невельского полностью перекрывается глухой дамбой, а пропуск расходов воды и флота осуществляется по каналу с нулевым уклоном дна, вырубленному в неразмываемых коренных породах восточной оконечности мыса Невельского. Канал перекрывается мостом, длина которого, в этом случае, составляет не километры, как в конкурирующих вариантах, а сотни метров. Опоры моста располагаются на прочном скальном основании и не подвержены как русловым деформациям, так и ледовым воздействиям. Подмостовой габарит составляет 45 м и обеспечивает беспрепятственный пропуск всех, обращающихся в данном районе, плавсредств. При этом без особых затрат он может быть увеличен до 60 м. Скальная порода из профильной выемки канала отсыпается в дамбу, а близость фарватера к мысу Невельского обуславливает минимум дноуглубительных работ (в песчаном русле) по соединению его с каналом. Этот вариант перехода, в отличие от альтернативных (мост, туннель), характеризуется максимальным использованием местных строительных материалов и минимальной потребностью в привозных (металл, цемент, лес и т.п.), что наилучшим образом отвечает строительно-хозяйственным условиям района, удаленного от промышленно-освоенных территорий. Строительство перехода приобретает узкую специализацию, в которой превалируют буровзрывные, погрузочно-транспортные и дноуглубительные работы. Они могут быть развернуты в короткие сроки с любой, необходимой для ускорения строительства, интенсивностью. Мост, стоимость которого не превышает 10% от общих затрат, в данном случае, не находится на критическом пути и монтаж его может быть завершен еще до окончания земельно-скальных работ. Железнодорожный переход в этом варианте потребует капиталовложений на 35-40% меньше, чем в конкурирующих, а продолжительность его строительства может быть сокращена, поскольку она определяется, в основном, интенсивностью работ, а не их технологической последовательностью. Ширина канала, глубиной 20-25 м (относительно теоретического нуля глубин – ТНГ) и протяженностью около 1 км, может варьироваться в широких пределах от 400 до 600 м при объеме выемки соответственно от 30 до 58 млн. м3. Расчетные расходы и скорости воды
в канале шириной 600 м в зависимости от характерных уровней верхнего бьефа см. в нижеследующей таблице Обеспеченность, в % 90 50 20 10 1 Мах Уровень воды в верхнем бьефе относительно ТНГ, м 0,4 0,9 1,25 1,4 1,85 3,2 Расход, м3/с 22500 37800 45900 49800 58100 80000 Скорость: - м/с 1,5 2,5 3,03 3,25 3,83 5,25 - в узлах 2,92 4,86 5,90 6,32 7,45 10,2 Как видно, максимальные скорости воды во всех случаях заведомо меньше допускаемых по условиям размыва скального дна и бортов канала (Vдоп=20 м/с). Также они не препятствуют движению судов навстречу приливу, т.к. не превышают скорости 11.5 узлов, развиваемой судном типаСРТМ при 100% мощности главного двигателя. При этом следует иметь ввиду, что приведенные значения скорости воды будут иметь место только в момент пика прилива. В период подъема и спада горизонтов скорости воды будут изменяться от указанного максимума до нуля. Выбор оптимальных параметров канала должен быть произведен в процессе дальнейшего проектирования с учетом соображений экологического и производственного характера. Фильтрующая дамба из каменной наброски в зависимости от положения трассы может иметь протяженность от 15.9 до 17.8 км. Превышение гребня дамбы над ТНГ с учетом максимальной высоты прилива, ветрового нагона, повышения горизонта воды за счет стока р. Амур, высоты ветровых волн и нормативного запаса составляет 7 м. От места примыкания дамбы к материковому берегу на отметке 45,0 м железнодорожный путь прокладывается по ее наклонному гребню (с допустимым, по условиям эксплуатации подвижного состава, уклоном 0,009) до сопряжения с горизонтальным участком на отметке 7,0 м. Максимальная высота дамбы в районе фарватера – 60,5м. Ширина основной площадки земляного полотна для однопутного железнодорожного пути принята равной 14,4 м при общей ширине гребня 20 м. Крутизна откосов 1:2. Для защиты откосов от воздействия ветровой волны и льда потребуется отборный камень весом не менее 1 т и диаметром более 0,9 м. Общий объем каменной наброски с коэффициентом запаса 1.1 составляет 30,3 млн. м3. В случае проектирования дамбы под двухпутную железную дорогу и две полосы автомобильного движения (по одной в каждом направлении) гребень дамбы должен быть расширен до 35 м, что приведет к увеличению ее объема до 35,0 млн. м3. С учетом коэффициента разрыхления 0,8 объем дамбы в плотном теле составит 28,0 млн. м3, следовательно баланс земляных масс (выемка насыпь) будет обеспечен уже при ширине канала 400 м. Общий фильтрационный расход через дамбу при среднем приливном уровне 0,9 м, коэффициента фильтрации 0,035 м/с и градиенте напора 0,012 составит 220 м3/с. Максимальный градиент в самом узком сечении не превышает 0,07. Очевидно, что при таком низком значении фильтрационного напора суффозионная стойкость песков основания и, тем более каменной наброски тела дамбы, заведомо обеспечивается. Действительная скорость воды на контакте каменной наброски с основанием не превысит 0,035 м/с, что на порядок меньше допустимой неразмывающей скорости 0,3 м/с для песка средней крупности dср=0,4 мм и глубине воды 3,0 м. Расчет напряженно-деформированного состояния однородной дамбы из каменной наброски на песчаном основании выполнен методом конечных элементов по программе, учитывающей совместную работу системы «дамба-основание», а также технологию возведения сооружения. Сейсмическое воздействие задавалось аналоговыми акселерограммами, имитирующими близкое и удаленное 9-балльные землетрясения. Результаты расчета показали, что за время сейсмического воздействия поровое давление, возникающее в основании дамбы рассеивается, а пластическая составляющая смещения ее гребня стабилизируется еще до окончания воздействия. При этом в рассматриваемой системе «дамба-основание» не возникают области предельного состояния, которые могли бы повлиять на ее устойчивость. Технические решения по перекрытию судоходного канала совмещенным мостовым переходом, рассчитанным под двухпутную железную дорогу (нагрузка С11) и две раздельные полосы автотранспорта (нагрузка А14) были выполнены НИЦ «Мосты» ОАО ЦНИИС. По совокупности критериев качества как наиболее перспективный был выбран вариант висячего моста с пролетом 600 м. Чтобы исключить возможные неопределенности в анализе аэродинамической устойчивости и сейсмостойкости сооружения предусматривается применить дополнительную, близкую к горизонтальной предварительно напряженную двухпоясную гибкую систему – по аналогии с известными техническими решениями для трубопроводных мостов. Приняты специальные конструктивные меры для повышения вертикальной жесткости сооружения по ограничениям вертикальных прогибов и углов поворота пролетного строения. С этой целью, в частности, введены дополнительные боковые пролеты по 52,5 м, чем обеспечивается снижение углов поворота на концах главного пролета моста. Под крайними пролетами предусматривается устройство развязок для автотранспорта. Полная длина моста достигает 705 м. Высота пилонов составляет 107,5 м. Расстояние от пилонов до анкерных опор – 176,0 м. Предварительные расчеты позволили определить основные объемы работ; 1. Стальные конструкции, т – сталь 10ХСНД или 10 ХСНДА – 14750 – стальные канаты – 8580 2. Монолитный железобетон, м3 – 30000 Значительные объемы земельно-скальных работ по сооружению судоходного канала диктуют целесообразность применения мощных строительных машин и механизмов: буровых станков шарошечного бурения диаметром 250-300 мм на гусеничном ходу, экскаваторов с емкостью ковша до 8 м3, автосамосвалов грузоподъемностью 40-60 тонн, бульдозеров с мощностью двигателя 300-500 л.с. Рыхление скальных пород должно осуществятся ярусами высотой 12-15 м. Ниже горизонта воды разработка канала производится с водоотливом, под защитой временных ограждающих перемычек. Максимальный расчетный водоприток в котлован составляет 110 л/с. Рыхление породы на этих горизонтах осуществляется с применением водостойких типов ВВ. В первую очередь разрабатывается участок канала по 300 м в каждую сторону от оси перехода с тем, чтобы быстрее обеспечить безопасное расстояние по разлету камней к началу работ по возведению моста. Разработка канала и отсыпка скальной породы в дамбу производится круглогодично. В летний период, когда отсутствует ледяной покров, отсыпается 1 очередь дамбы пионерным способом в воду до отметки 2,0-2,5 м, превышающей горизонт воды 10% обеспеченности. Зимой возводится 2 очередь дамбы до проектной отметки. Возведение всей дамбы производится в два этапа. На I этапе возводится участок дамбы объемом 20 млн. м3 и протяженность 2,6 км со стороны материкового берега. Пропуск судов в тот период осуществляется по оставшейся свободной части фарватера, шириной более 2 км. Скорость воды в результате стеснения русла увеличивается и к моменту окончания I этапа составляет 1,8 м/с (при 50% обеспеченности высоты прилива) и 2,4 м/с (при 10% его обеспеченности), что вполне сопоставимо с максимальной естественной скоростью течения в проливе 2,35 м/с. Окончание I этапа возведения дамбы должно быть приурочено к завершению разработки канала и дноуглубительных работ по соединению его с фарватером. После разборки временных ограждающих перемычек и затопления котлована, открывается судоходство по каналу и начинается II этап возведения дамбы с использованием скальной породы, складированной в отвале у материкового берега. Строительство моста начинается с подготовки береговых и анкерных опор. Пилоны моста монтируются в вертикальном положении. После натяжения стальных канатов к ним подвешиваются подмости для сборки пролетного строения. Строительство моста планируется осуществить в течение 3,5 лет, с учетом времени необходимого для доводки и испытания конструкции. Общий срок строительства железнодорожного перехода через пролив, включающий подготовительный период, составляет от 5 до 7 лет в зависимости от выбранных габаритов канала. В той же зависимости будет варьироваться и полная стоимость перехода от 750 до 950 млн. руб. (в ценах 1984г.), включающая компенсацию ущерба рыбному хозяйству (50 млн. руб.), а также дополнительные затраты на переоборудование системы обеспечения навигационной безопасности плавания в проливе, связанное с изменение фарватера (30 млн. руб.) Что же касается экологических аспектов строительства, то на эмоциональном уровне рассмотренный вариант воспринимается как весьма радикальный. Однако, выполненные в настоящей работе гидравлические расчеты и математическое моделирование показали, что по степени воздействия на гидрологические условия пролива он существенно не отличается от варианта с мостом и, с точки зрения природопользования возможен для реализации. Согласно полученным данным изменения в режиме стока через пролив Невельского будут иметь место, в основном, летом с мая по октябрь месяцы. В зимний период года естественный водный режим пролива практически не изменится. Сравнение величин годового стока в естественных и расчетных условиях показывает, что в направлении с севера на юг суммарный сток уменьшится на 11%, а с юга на север – на 20%. Результирующий годовой объем переноса стока на юг увеличится с 5,4 до 20,9 км3, т.е. почти в 4 раза. В результате строительства перехода режим расходов в проливе в средневодных условиях станет более равномерным, а величины максимальных расходов редкой повторяемости уменьшатся более чем вдвое. Объем наносов выносимых транзитом в Татарский пролив увеличится. Все это без сомнения приведет к снижению русловых деформаций, стабилизации динамической оси русла и как следствие, к улучшению условий судоходства. Климатические характеристики района не изменятся, т.к. они определяются, в основном муссонами с хорошо выраженной сезонной сменой господствующих воздушных масс. Значительная площадь живого сечения судоходного канала, достигающая 15000 м2 обеспечивает беспрепятственный транзит проходных пород рыб. Вместе с тем, строительство дамбы будет стимулировать развитие вдольбереговых процессов у сахалинского берега, что приведет к ускоренному росту площади существующих осушных банок, расположенных между проектируемой дамбой и мысом Тык. Согласно предварительным расчетам ущерб, наносимый биоресурсам пролива за счет уменьшения его рыбопродуктивной акватории и подлежащий компенсации, составит 8500 тонн ежегодных потерь потенциальной промысловой продуктивности. Учитывая высокую надежность и экономическую эффективность предложенного варианта железнодорожного перехода через пролив Невельского, представляется целесообразным включить его в число конкурирующих с выделение средств на продолжение по нему проектных работ и экологических исследований. |
   
Ссылка по теме |
| Главная | Новости | История | Аналоги | Проголосуй "ЗА" | Прими участие | Публикации | Мнения | Наши баннеры |
|
|
Проект Мост На Сахалин
В поддержку строительства мостовых переходов Хоккайдо-Сахалин и Сахалин-материк
Дизайн, программирование, поддержка и управление
|