Аварийные ситуации при строительстве и эксплуатации тоннелей

Хотя тоннели являются капитальными сооружениями, рассчитанными на длительный срок эксплуатации, составляющий не менее 100–150 лет, в силу многих причин они подвержены различным повреждениям.
infografika-avarii-tunnel.jpg

Возникают аварийные ситуации – внезапное общее или частичное повреждение горных выработок, оборудования, сопровождающееся нарушением производственных процессов, а зачастую травмами разной степени тяжести. Тоннели – это зона повышенного риска для людей, находящихся под землей, в узком замкнутом пространстве.

Статистические данные свидетельствуют, что в течение первых 5–10 лет эксплуатации тоннелей серьезных повреждений конструкции не возникает. Дефекты в результате неудачного проектирования и ошибок при строительстве обычно проявляются после 50–70 лет эксплуатации.

Из-за сложности прогнозирования стихийных явлений (землетрясений, наводнений, схода снежных лавин, оползней и т. п.) аварии возможны в любое время.

avarya-tunnel-foto.jpg
Источник: undergroundexpert.info

Основными причинами аварий являются:

  • — ошибки при проектировании, строительстве и эксплуатации тоннелей, обусловленные низкой квалификацией или небрежностью исполнителей;
  • — грубые нарушения правил техники безопасности и несоблюдение действующих нормативных документов;
  • — недостаточная изученность свойств горного массива, в котором осуществляется строительство тоннеля;
  • — нарушение графиков профилактических осмотров и ремонта сооружений;
  • — нарушение технологии производства работ и режима эксплуатации тоннеля;
  • — недостаточный учет природных и техногенных факторов.

При строительстве тоннелей аварийные ситуации чаще всего возникают вследствие:

  • — образования вывала породы в забое и кровле выработки;
  • — разрушения или чрезмерно больших деформаций крепи или обделки;
  • — внезапного прорыва воды или «плывуна»;
  • — загазованности воздуха;
  • — пожара;
  • — выхода из строя оборудования и коммуникаций.

Аварийные ситуации при эксплуатации чаще всего возникают при:

  • — обрушении припортальных выемок и порталов;
  • — изменении режима работы дренажных сооружений (обледенении);
  • — разрушении проезжей части или верхнего строения пути, которое может привести к нарушению движения транспорта по тоннелю.
china-metro-avarya.jpg
Авария в китайском метро. Источник: chinafile.com

Авария на участке Кировско-Выборгской линии Санкт-Петербургского метрополитена между станциями «Лесная» и «Площадь Мужества»

Перегонные тоннели метрополитена на этом участке пересекали древний размыв протерозойских глин глубиной до 120 м, заполненный водонасыщенным мелкозернистым песком («плывун») при гидростатическом давлении воды до 8 атмосфер.

Для проходки тоннелей через размыв применялся сначала рассольный способ сплошного замораживание грунта (~500 тыс. м3), а затем, после ликвидации прорыва «плывуна» в 1974 году, замораживание с применением жидкого азота (–196 °С). На этом участке в целях сокращения буровых работ и объема замораживания тоннели располагались один над другим с многослойной жесткой обделкой с пятикратным запасом прочности.

В декабре 1975 году участок был сдан в эксплуатацию, однако через 20 лет (в 1995 году), в связи с резким увеличением водопритоков (до 700 м3/сутки) в тоннеле и ростом осадок земной поверхности, решили затопить водой сначала верхний, а затем нижний тоннель с целью консервации. После был разработан и осуществлен вариант проходки трассы тоннелей в обход затопленного участка с применением механизированного щита с активным пригрузом забоя. Новый участок успешно эксплуатируется в настоящее время.

tunnel-razmyv-spb.jpg
Новый тоннель на участке «Лесная» и «Площадь Мужества» в Санкт-Петербурге. Источник: undergroundexpert.info

Анализ аварий в длительно эксплуатирующихся перегонных тоннелях позволил установить, что их причинами стали:

  • — отсутствие современной методики определения качества замороженного грунта большого объема;
  • — неучтенное неодновременное оттаивание участков замороженного массива, приведшее к деформациям тоннельных обделок, лежащих на грунтовом основании разной плотности;
  • — неучет длительного воздействия динамических нагрузок подвижного состава;
  • — невозможность усиления обделки из-за ограничения внутреннего сечения тоннелей.

Авария при строительстве Северомуйского железнодорожного тоннеля

По трассе БАМ расположены пять перевальных однопутных тоннелей разной длины. Наиболее протяженный Северомуйский (15,3 км) сооружался с 1977 по 2000 годы в очень сложных инженерно-геологических, климатических и топографических условиях, с преодолением большого числа зон тектонических разломов (более 800 м) и притоком воды до 1000 м3/ч с напором до 30 атмосфер.

На 3 года была задержана проходка тоннеля западного портала из-за прорыва большого объема (более 5 тысяч м3) водогрунтовой массы при пересечении Ангаро-Канского размыва. В апреле 1999 года на западном участке тоннеля произошел вывал грунта объемом 6,5 тысяч м с образованием воронки на дневной поверхности. Под завалами оказались участки тоннеля с обделкой из чугунных тюбингов, опережающая вспомогательная штольня с обделкой из железобетонных блоков, завалило большое количество строительной техники. Были нарушены системы вентиляции, электроснабжения, воздухопровода.

severomyiskyi-tunnel-bam.jpg
Строительство Северомуйского тоннеля. Источник: bamts.ru

Причины аварии:

  • — внезапный прорыв подземных вод с гидростатическим давлением до 28 атмосфер, потеря устойчивости забоя, связанная с сейсмическим воздействием (активность до 5 баллов);
  • — слабая изученность инженерно-геологических условий по трассе тоннеля;
  • — недостаточный контроль поведения окружающего породного массива.

Наблюдение за поведением грунтового массива и техническим состоянием конструкций тоннеля, своевременное проведение мероприятий по текущему и капитальному ремонту позволяют избежать аварийных ситуаций и обеспечивают безопасную и бесперебойную эксплуатацию тоннелей.

Источник: «Подземный эксперт»