Байкало-Амурская Магистраль пролегает по территории Иркутской, Читинской, Амурской области, Бурятии, Якутии и Хабаровскому краю.
Трасса дороги пересекает 11 полноводных рек, семь горных хребтов; более 1 000 км пути проложено в районах вечной мерзлоты, высокой сейсмичности. На трассе дороги пробито восемь тоннелей, построено 142 моста, более 200 железнодорожных станций и разъездов.
Впервые предложения и проекты транспортного освоения Забайкалья и Приамурья появились в первой половине позапрошлого века. Первыми о железнодорожном строительстве в этом районе заговорили сосланные в Сибирь декабристы, среди которых были М. Бестужев, Г. Батеньков, Д. Завалишин.
В 1888 году Русское техническое общество предложило проложить «железную дорогу через всю Сибирь» от Тайшета севернее Байкала, однако непроходимый ландшафт - горные хребты, болота, сотни километров необжитой тайги и тундры, а также сейсмичность и тяжелые климатические условия, - заставили отказаться от этого проекта.
Позже к идее строительства возвращались неоднократно - в 1914 году новую трассу даже прочертили на карте. В 1924-м Совет Труда и Обороны СССР утвердил перспективный план строительства железных дорог страны и в бумагах впервые были обозначены контуры будущего «Второго Транссиба». В 1930 году Далькрайком ВКП(б) направил в ЦК ВКП(б) и СНК СССР предложение о проектировании и строительстве второй транссибирской железнодорожной магистрали с выходом ее к Тихому океану. В апреле 1932 года появилось первое постановление Совнаркома «О строительстве Байкало-Амурской магистрали», утвердившее план строительства БАМа.
Строительство затянулось на долгие десятилетия. Сложнейшие природные и климатически условия требовали новых конструктивных решений, применения современных технологий и самой совершенной техники. Самыми сложными объектам на БАМе стали тоннели и мосты.
| При подготовке материала использованы данные с сайта ОАО БАМтоннельстрой, материалы книги А. В. Носарева «Мосты и тоннели на Великом Сибирском пути (включая БАМ). Инженерно исторический очерк». Москва, 2002 год; информация сайта bam.railways.ru; фотоматериалы книги «История отечественного мостостроения» (4 том). |
ТОННЕЛИ
Байкальский тоннель
Байкальский тоннель – первый на БАМе со стороны запада. Перевальный Байкальский тоннель пересекает одноименный хребет под седловиной перевала Даван на границе Бурятии и Иркутской области в 80 км к западу от Нижнеангарска.
Строительство Байкальского тоннеля началось в 1974 году. На Даванском перевале был высажен десант подготовителей, которые построили поселок Даван, а в 1975 году соорудили временный поселок тоннельщиков Гоуджекит недалеко от восточного портала тоннеля. 15 мая 1975 года был высажен десант комсомольцев Иркутской области, построивший поселок Кунерма и прорубивший просеку к западному порталу Байкальского тоннеля. Первая колонна автомашин пробилась в январе 1976 года в поселок строителей на мысе Курлы через Байкальский хребет со стороны Усть-Кута по зимнику, проложенному бульдозеристами СМП-575. Был открыт путь для грузов от железной дороги в Усть-Куте к Байкальскому тоннелю.
В феврале 1976 года прибыли проходчики и монтажники из Карагандинского спецшахтоуправления. Они начали подготовительные работы к проходке вертикального ствола Байкальского тоннеля. В конце 1977 года был построен поселок Гранитный в 3 км от западного портала тоннеля.
Изыскатели и проектировщики определили параметры тоннеля. Ленметрогипротрансом на основании проведенных Сибгипротрансом геологических и гидрогеологических изысканий тоннель был спроектирован общей длиной 6,7 км односкатным с уклоном 13,1 %. Только у входа со стороны западного портала уклон около 1 км чуть уменьшен до 12 %, и у восточного портала он на длине около 400 м сделан 6 %. Тоннель в основном в плане сделан на прямой. Со стороны западного портала по условиям трассирования устроена кривая Р = 600 метров.
Байкальский тоннель – редкий случай, когда при строительстве инженерно-геологические условия оказались благоприятнее, чем в техническом проекте. Грунт был устойчивый, малотрещиноватый; вместо предполагаемых 30 зон разлома оказалось только четыре. Значительно меньше проектных оказались притоки подземных вод. Отдельные прорывы с дебитом 120-130 м²/ч наблюдались только два раза, в остальных случаях дебит сосредоточенных выходов составлял до 10 м²/ч.
По проекту сооружение включает в себя два параллельных однопутных тоннеля с расстоянием между осями 30 м и транспортно-дренажную разведочную штольню. В первую очередь сооружался один тоннель, справа по ходу с запада на восток. Опережающим порядком проходили штольню и вентиляционный ствол, который был расположен примерно в середине длины тоннеля.
Для строительства было образовано три тоннельных отряда. Один из них работал с восточного портала, продвигаясь на запад, второй – с запада, двигаясь на восток, а третий начал работу после проходки ствола и двигался от ствола на запад и на восток.
Первыми встретились 1-й и 3-й отряды, произошло это событие – сбойка – 17 апреля 1980 года. Вторая сбойка между 2-м и 3-м отрядами состоялась 27 октября 1980 года.
Проходку основного ствола диаметром 7,5 м начали в мае 1976 года. Таким образом, до приема тоннеля комиссией Министерства путей сообщения во временную эксплуатацию 29 октября 1984 года прошло 100 месяцев – вместо 108, положенных по норме.
Проходку штольни вели с помощью буровой рамы «Фурукава» малого сечения с тремя бурильными машинами РД-100. Работы проводили буровзрывным способом на полный профиль. На каждом этапе продвигались в среднем на
Постоянная обделка штольни на большей протяженности выполнена набрызгбетоном толщиной
На припортальных участках обделка железобетонная, по участкам разломов – бетонная.
Проходку основного тоннеля, так же как и проходку штольни, вели буровзрывным способом, с глубиной заходки
Породу вывозили автосамосвалами в забоях восточного и западного порталов, а в забоях, работающих на ствол, вагонетками с откаткой контактными электровозами.
На восточном и западном порталах на бетонных работах были задействованы бетонные заводы с бетоносмесительными установками периодического действия типа СБ-70, на стволе – с бетоносмесительной установкой непрерывного действия типа С-780. Дальность транспортировки бетона от заводов до порталов не превышала
Бетон доставлялся к месту укладки пневмобетоноукладчиками Screw-crete на автомобильном шасси, со стороны ствола бетон принимали по вертикальному ставу в Screw-crete на рельсовом ходу. Бетон подавался по бетоноводам в механизированные передвижные скользящие опалубки Saga-Koggo, обеспечивающие бетонирование стен и свода тоннеля блоками по
На трех приобъектных заводах было выработано свыше 175 тысяч м³ бетона марок 300 и 200, морозостойкости Мрз=300 и водонепроницаемостью В-6. Для приготовления бетона использовали гранитный щебень марок 1 000 или 1 200 в фракциях 5-
На бетонирование одного блока уходило примерно
В Байкальском тоннеле очень сложная система вентиляции и подогрева. Впервые на тоннелях России в нем запроектировано шлюзование: поезд подходит к порталу - ворота перед ним открываются, выходит - закрываются. Эта система дает экономию электроэнергии при подогреве тоннеля. Здесь отлажена и действует АСУ ТП (автоматизированная система управления технологическим процессом): через систему датчиков все процессы отслеживаются компьютером. Разработка системы выполнена Новосибирским геофизическим институтом приборостроения СО АН РФ (Сибирского отделения Академии наук Российской Федерации).
Байкальский тоннель был сдан в постоянную эксплуатацию в декабре 1985 года, а движение по байкальскому перевалу было нужно значительно раньше, этого требовал календарный график стройки.
Для этой цели построен временный обход тоннеля, который был пущен для рабочего движения 19 сентября 1979 года. После строительства Байкальского тоннеля обход был оставлен как резервный.
Длина обхода тоннеля составляет
Обход сделан по облегченным нормам, там строители были вынуждены применить руководящий уклон 40 % и двойную тягу тремя тепловозами ТЭМ-2 железнодорожного состава ограниченного веса до 1 000 тонн. И все же были проблемы на спуске, иногда бывали случаи «разноса» поездов. Полной гарантии безопасности движения достичь не удалось. Окончательно проблему могло решить только окончание строительства Байкальского тоннеля.
В декабре 1984 года началась укладка пути и полотна, в мае 1983 года уложено последнее звено на пути. 29 октября 1984 года комиссия Министерства путей сообщения приняла тоннель во временную эксплуатацию на тепловозной тяге. До декабря 1985 года тоннель доводился до требуемых норм. 31 декабря 1985 года Государственная комиссия приняла тоннель в постоянную эксплуатацию на электровозной тяге.
Мысовые тоннели
Мысовые тоннели стали следующим серьезным строительством после Байкальского тоннеля. Они стали предметом специального разбирательства при выборе трассы на побережье озера Байкал.
Вначале рассматривался Нюрундуканский вариант (по названию реки Нюрундукан) – значительно севернее Байкала, затем – береговой вариант. Преимущественным посчитали береговой вариант.
Были разработаны четыре варианта берегового прохода: низовой, с четырьмя тоннелями без эстакад и виадуков; эстакадный с четырьмя тоннелями и 300 эстакад и виадуков; верховой с тремя тоннелями и 150 эстакад и виадуков; верховой с четырьмя тоннелями и, по-прежнему, с наличием эстакад и виадуков.
Эстакадный, и особенно низовой варианты требовали значительного объема берегоукрепительных работ и были отвергнуты. Для дальнейшей разработки был выбран верховой вариант с четырьмя тоннелями. Все мысовые тоннели – двухпутные, общая протяженность
В феврале 1978 года тоннельный оряд № 16 (ТО-16) начал строительство мысовых тоннелей. В ноябре 1986 года было закончено устройство галерей и порталов всех четырех тоннелей.
Инженерно-геологические изыскания всех мысовых тоннелей были выполнены Сибгипротрансом. При строительстве частично выполнялось опережающее разведочное бурение горизонтальных скважин и сооружений тоннелей по частям из-за слабой устойчивости грунтов. Проходка всех четырех мысовых тоннелей осуществлялась буровзрывным способом.
Все мысовые тоннели двухпутные, большого сечения. При таких габаритах имеются трудности при проходе слабых грунтов, в основном участков врезки и тектонических разломов, поэтому был разработан и применен способ проходки под защитой опережающих экранов из труб.
Схема устройства опережающих экранов из труб с использованием буровых рам:
1 — бурильный молоток для бурения скважин; 2 — буровая рама; 3 — арочно-бетонная крепь, возводимая под экраном; 4 — зона разлома; 5 — устойчивый целик грунта; 6 — скважина для образования свода из труб
Опережающий экран из труб был применен при врезке тоннелей № 1, 2 и 4. Портал тоннеля № 4 был расположен в слабоустойчивых грунтах. Забурили 20 скважин длиной
В дальнейшем такой метод был применен при проходке участков разрушения грунтов, например, тектонических разломов.
Северо-Муйский тоннель
По своей протяженности (
Общая длина горных выработок тоннеля -
Технический проект на строительство Северо-Муйского тоннеля был разработан Ленметрогипротрансом. Проходка со стороны западного портала началась в середине 1977 года, со стороны Восточного – в конце 1977 года.
Массив, в котором проходил тоннель, сложен гранитами, которые сильно повреждены тектоническими процессами. Значительная часть тоннеля, практически половина его длины, пройдена по зонам тектонических разломов. В местах разломов породы раздроблены до щебня и песка. Тоннель проходит параллельно северо-западному разлому на малом расстоянии от него, встречая на своем пути много перпендикулярных разломов, которые сильно затрудняют проходку.
Особо тяжелым участком является место, где тоннель проходит под пониженной кровлей скальных пород, над которой залегают слабо сцементированные песчано-глинистые грунты, сильно обводненные, местами совершенно неустойчивые. Этот участок имеет протяженность более
Тоннель неоднократно пересекает зоны разломов, мощность которых от нескольких метров до 100 и более метров. При проходке таких разломов строители могли столкнуться с напором воды до 30 атм., были возможны сосредоточенные прорывы с таким давлением. Температура воды могла быть 25-50 °С. В других разломах по ходу тоннеля термальные воды могли достигать при давлении 10-15 атм. до 60 °С. Сейсмичность по всей длине тоннеля 9 баллов.
Рекомендовалось также при проходке периодически проверять газовый состав воздуха на предмет появления вредных газов. Отмечалась необходимость следить за наличием возможной радиоактивности. На очаги с повышенной радиоактивностью указывало, в частности, наличие термальных вод.
20 сентября 1979 года при проходке штольни произошел непрогнозированный мощный прорыв неустойчивой горной массы. В штольню устремился поток воды, песка, камней под давление более 14 атм. Погибли люди.
Работы были приостановлены до 1981 года. Только 10 октября 1981 года проходка со стороны западного портала была продолжена. Два года ушло на ликвидацию последствий. Было удалено почти 13 тысяч м³ горной породы, обрушившейся при обвале.
В результате подробного изучения истории тектоники и сейсмики в районе тоннеля выяснилось, что причина выброса – следствие давнего землетрясения, которое «раздавило» реку Ангаракан и заставило ее изменить направление. Возникла плотина, перекрывающая прежнее направление и породившая подземное озеро, которое оказывало гигантское давление на все нижележащие пласты грунта. Забой оказался под этим давлением и «взорвался».
Чтобы продолжить проходку, нужно было убрать давление подземного озера. На это понадобилось примерно два года. Первое время ушло на поиск решения – с таким препятствием специалисты столкнулись впервые. Возникал вопрос о том, чтобы отказаться от проходки Ангараканского разлива и попытаться его обойти.
В конечном итоге было принято решение применить для ликвидации подземного озера хорошо себя зарекомендовавший и неоднократно проверенный метод горизонтального водопонижения. Необычность его применения в данном случае заключалась только в том, что было сомнение: закончится ли когда-нибудь процесс удаления воды, или она будет поступать постоянно.
Была создана мощная дренажная система, состоящая из 256-метровой дренажной штольни и двух десятков скважин с обсадными трубами. С использованием этой системы из Ангараканского «озера» было откачено более 20 млн кубометров воды.
Чтобы представить себе это подземное «озеро», допустим, что его глубина была
После устранения опасности со стороны Ангаракана проходка со стороны западного портала была продолжена. Были организованы дополнительные работы по исследованию условий возведения тоннеля. Несмотря на огромную проделанную научную работу, в ходе строительства все равно приходилось встречаться с трудностями, даже происходили аварии при преодолении разломов. Приходилось останавливаться для осушения и укрепления грунтов.
Разломы в общей сложности занимали более
Тоннелю предстояло преодолеть Перевальный разлом с зоной раздробленных гранитов мощностью 400-
Для преодоления этого участка был использован метод, освоенный еще при возведении мысовых тоннелей на берегу Байкала. Для Северо-Муйского тоннеля он был модернизирован применительно к местным условиям.
Заключается он в следующем. По контуру транспортно-разведочной скважины или основного тоннеля за пределами их проектного сечения, в основном в верхней части, бурятся скважины, а в них вставляются трубы. Количество скважин, обычно расположенных в два ряда, достигает 47-56. Расстояние между скважинами по контуру –
Район Северо-Муйского тоннеля отличается непростой сейсмической обстановкой. Для повышения устойчивости тоннеля на случай землетрясений, как при его строительстве, так и при эксплуатации, было разработано и осуществлено много эксклюзивных конструктивно-технологических решений и мероприятий.
Сейсмостойкая трехслойная обделка
1 - внешний слой армированного грунта, 2 - второй внешний слой из бетона, 3 - внутренний слой с каналами для анкеров, 4 - канал для акера, 5 - анкер.
Разработано и применено комплексное водопонижение, включающее водопонижение через вертикальные скважины, пробуренные с наружной поверхности и водопонижение изнутри с помощью дренажных скважин, пробуренных из выработок. Почти все эти скважины используются постоянно и при эксплуатации тоннеля, для постоянного удаления воды.
Разработано и применено инъекционное закрепление трещиноватых дезинтегрированных грунтов в разломах. В грунты разломов на большую глубину нагнетались твердеющие там растворы. Состав растворов и технология инъектирования позволяли надолго обезопасить разломы так, чтобы не только пройти опасное место, но и использовать заинъектированный массив как составную часть защиты от землетрясений. Этот метод был использован для проходки более полусотни разломов Северо-Муйского тоннеля.
Также было разработано несколько видов тоннельной обделки специально для сейсмической защиты слабых мест.
Первый тип сейсмостойкой обделки предназначен для нетрещиноватых и слаботрещиноватых грунтов. Такая обделка кроме бетонного несущего слоя имеет слой из постепенно твердеющего глино-цементного раствора. Между двумя слоями есть антиадгезионное покрытие. Благодаря этому при сейсмических воздействиях на несущий монолитный слой не передаются сдвигающие усилия.
Обделка № 2 предназначена для скальных трещиноватых и сильнотрещиноватых грунтов. Она состоит из двух слоев: жестко связанного с окружающим массивом грунта слоя, обычно арочно-бетонной крепи, и внутреннего ограждающего слоя. Между двумя слоями есть зазор, исключающий передачу касательных усилий, в результате чего внутренний слой работает только на сжатие и сейсмические волны его обходят. Наружного слоя вполне достаточно для восприятия горного давления. А внутренний слой, обладая необходимой трещиностойкостью, сохраняет гидроизоляционные свойства.
Обделка № 3 предназначена для скальных сильнотрещиноватых и дезинтегрированных сильно обводненных грунтов, находящихся под гидростатическим давлением до 5-6 МПа. Для этих условий разработана трехслойная сейсмостойкая обделка. Она состоит из внутреннего и двух наружных слоев. Первый наружный слой состоит из окружающего тоннель грунта, армированного нагелями, второй – из бетона арочно-бетонной крепи, через который проходят анкера. Внутренний слой сделан с каналами, сквозь которые проходят анкера, выступающие из наружного слоя. Они размещены без сцепления в каналах внутреннего слоя. Зазор между внутренним и наружными слоями заполнен гидрофобным антиадгезионным веществом.
Сейсмостойкие обделки применены не только при строительстве Северо-Муйского тоннеля, но и в других тоннелях БАМа.
В связи со случившейся задержкой строительства Северо-Муйского тоннеля, вызванной сложными инженерно-геологическими условиями трассы, было решено построить обход тоннеля и рассматривать его как второй путь магистрали.
Первый вариант обхода был сооружен в 1982-1983 годах. Крутизна подъемов на нем достигала 40 %, что означало перепад высот в
В 1985-1989 годах была построена новая обходная ветка, состоящая из многочисленных крутых серпантинов, высоких виадуков и двух петлевых тоннелей (старый обход впоследствии был разобран). Известность получил «Чертов мост» - виадук в крутом повороте на уклоне через долину реки Итыкыт, стоящий на двухъярусных опорах.
Состав был вынужден лавировать между сопками, передвигаясь с максимальной скоростью
30 марта 2001 года произошла сбойка Северо-Муйского тоннеля на 300-метровой глубине. Открытие Северо-Муйского тоннеля позволило организовать движение по БАМу по кратчайшему пути и в гораздо меньшие сроки. До открытия движения по тоннелю перепробег поездов составлял
Наряду с тоннелем, в рабочем состоянии поддерживается и Северо-Муйский обход - ожидается, что он может быть использован в случае роста грузопотока по БАМу.
МОСТЫ
Малые и средние мосты БАМа
На всем протяжении БАМ мостостроители добивались успеха не только в строительстве больших мостов, но и при возведении малых и средних мостов, а их по числу большинство. В целом по всему БАМу количество малых и средних мостов составляет 91,75 %, а на некоторых участках достигает 95 % от общего количества.
На БАМе особых трудностей с пролетными строениями малых и средних мостов не было. Их изготавливали на заводах, перевозили и устанавливали в пролет почти в готовом виде. А вот опоры мостов, и особенно их фундаменты, вызывали массу проблем.
В условиях вечной мерзлоты нельзя было применять освоенную в обычных условиях котлованную технологию – сделанный фундамент мог либо перекоситься, либо выпучиться.
Всегда у поверхности есть слой вечной мерзлоты, который ежегодно летом оттаивает. Это так называемый сезонный деятельный слой, он составляет обычно 2,5-
Там, где есть природная теплоизоляция (мох, торф и т. п.), обычно слой сезонного оттаивания уменьшается.
Если поверхностный слой нарушен, это влечет за собой серьезные последствия, поэтому при устройстве стройплощадки на вечной мерзлоте нужно принимать меры, чтобы не нарушить по возможности природные условия.
Следует учитывать, что летом вечно мерзлый грунт все равно растает на глубину не меньше 2,5-
Можно сохранять вечную мерзлоту, насыпая зимой грунт на нужное место. Этим технологическим приемом иногда пользуются, чтобы оборудовать «островок» под кран, либо под буровую установку, сохранив температурный режим вечной мерзлоты.
В нормах предусмотрено два принципа использования вечномерзлых грунтов в качестве оснований для фундаментов мостов:
I – вечномерзлые грунты основания используются в мерзлом состоянии, сохраняемом в процессе строительства и в течение всего заданного периода эксплуатации или сооружения;
II – вечномерзлые грунты освоения используются в оттаявшем состоянии (с допущением оттаивания их в процессе эксплуатации здания или сооружения или с их оттаиванием на расчетную глубину до начала возведения).
При организации работ на вечной мерзлоте всегда следует стремиться к тому, чтобы сохранялись условия, обеспечивающие работу основания фундамента в заведомо мерзлом состоянии. В этом вопросе все зависит от применения конструктивного решения.
Вечная мерзлота может растаять или «поплыть» под влиянием тепла, которое вносится извне.
