Строительство транспортного перехода через Керченский пролив

Основные проблемы предлагаемых сегодня решений и мостового, и тоннельного пересечения Керченского пролива связаны с тяжелыми геологическими условиями строительства. При рассматриваемых в настоящее время вариантах строительства неизбежно пересечение либо тоннелем, либо свайными фундаментами мостовых опор мощной толщи неустойчивых четвертичных отложений. Для тоннельных вариантов в слабых грунтах очень сложно решить проблему сооружения эвакуационных сбоек. Предлагаемый вариант строительства и эксплуатации транспортного перехода позволяет избежать как проходки тоннелей в слабых четвертичных породах, так и строительства гигантских мостовых опор, свайных основания которых необходимо заглублять в коренные породы.
К настоящему времени в мировой практике строительства подводных тоннелей накоплен серьезный опыт, доказывающий возможность строительства и успешной эксплуатации транспортного перехода под Керченским проливом по технологии, реализованной при строительстве и эксплуатации Евротоннеля между Францией и Великобританией под проливом Ла-Манш.

Эксплуатация тоннеля в течение почти 20 лет доказывает возможность пропускать по тоннелям большие пассажиро- и грузопотоки с частотой движения в каждую сторону 4 поезда в час.
Преимущества предлагаемого варианта подкреплены наличием проходческих механизированных комплексов (ТПМК) различных фирм-производителей, которые обеспечивают безопасность, высокие скорости строительства и отличное качество тоннельных конструкций практически при любых однородных грунтах.. Отечественная практика тоннелестроения уже имеет достаточный опыт строительства тоннелей с помощью ТПМК как в Санкт-Петербурге и Москве, так и на Олимпийской трассе в Сочи.
Из нескольких рассмотренных вариантов строительство тоннелей под Керченским проливом институтом «Ленметрогипротранс» предлагается осуществить в однородных твердых сарматских глинах.
Основные решения по технологии эксплуатации транспортного перехода следующие:
1. Строится двухпутная электрифицированная железнодорожная ветка, обеспечивающая как перевозку пассажиров и грузов железнодорожным транспортом, так и перевозку автотранспорта на железнодорожных платформах и в специализированных железнодорожных вагонах.
2. Для перевозки через тоннели предполагается использовать четыре типа поездов:
- пассажирские и грузовые поезда, эксплуатируемые на железных дорогах страны;
- пассажирские челночные поезда, перевозящие автобусы, легковые автомобили и фургоны. При использовании особой системы погрузки весь процесс въезда автомобиля в вагон занимает не более 8 минут, при этом пассажиры остаются внутри своих машин;
- грузовые поезда с «открытыми» вагонами, в которых перевозят грузовики, при этом водители едут в отдельном вагоне.
Предполагаемые эксплуатационные характеристики:
- скорость в тоннеле до 160 км/ч;
- провозная способность по автотранспорту 3,5 млн. транспортных единиц в год (9,5 тысяч транспортных единиц в сутки) и от 7 до 9 млн. пассажиров в год;
- по возможному грузообороту пропускная способность тоннелей не менее 50 млн. тонн в год и определяется пропускной способностью железнодорожных подходов.
В части технологии строительства рассмотрены два принципиально различных варианта:
- проходка двух однопутных тоннелей на всем протяжении тоннелепроходческими механизированными комплексами (ТПМК) в твердых устойчивых сарматских глинах;
- строительство протяженного двухпутного тоннеля открытым способом в четвертичных отложениях, представленных аллювиальными русловыми песками, пойменными мягко-тугопластичными глинами, глинами текучей-текучепластичной консистенции, текучепластичными суглинками с частыми линзами суглинистых и супесчаных илов.
В обоих вариантах рассматривается строительство протяженных тоннелей (19-23 км). Длинные тоннели предусматриваются в первом варианте для возможности прокладки тоннеля в прочных устойчивых грунтах, во втором – для минимального воздействия на окружающую среду в процессе эксплуатации тоннеля. Вариант строительства тоннеля открытым способом несколько дешевле, этот вариант требует меньших сроков строительства, но он не может быть рекомендован, так как в процессе строительства по технологии сооружения тоннеля открытым способом работ произойдет сильнейшее негативное воздействие на экологическую обстановку в районе строительства. В процессе строительства ожидаются серьезные осложнения для судоходства, потребуется поэтапный перенос фарватера в проливе.

Как было сказано выше, строительство тоннелей для эксплуатационной схемы, реализованной в тоннелях под Ла-Маншем, можно выполнить в прочных коренных грунтах, залегающих на глубинах 65-70 метров от уровня моря. Максимальная глубина заложения тоннелей составит около 80 метров. При расположении тоннеля в твердых сарматских глинах длина тоннелей увеличится и составить около 22,8 км – закрытый способ работ – и рамповые участки (открытый способ работ с двух порталов) – 3,1 км. Строительство тоннелей в устойчивых грунтах возможно только в Тузлинском створе.
Предлагается соорудить два параллельных однопутных железнодорожных тоннеля. Для обеспечения безопасной эвакуации между тоннелями с шагом не более 300 м выполняются эвакуационные сбойки. С целью снижения стоимости строительства, сооружение сервисного тоннеля не предусматривается (аналогичное решение реализовано в тоннеле Гуадарамма длиной 28 км в Испании).
Отказ от тоннеля меньшего диаметра между двумя железнодорожными компенсируется следующими мерами безопасной эксплуатации: при частоте движение по тоннелю 4-х поездов в час в каждом направлении одновременно в одном тоннеле следует один поезд, второй тоннель во время его следования до станции на другом берегу свободен. По нему другой поезд начинает движение в обратном направлении только после выхода состава из первого тоннеля.
Это условие обеспечивает возможность вывода всех пассажиров в случае чрезвычайной остановки из первого тоннеля во второй свободный через эвакуационные сбойки между тоннелями, сооружаемые через 300 м.
В тоннелях сооружается сборная железобетонная высокоточная водонепроницаемая обделка из железобетонных блоков наружным диаметром 10,3 м и внутренним диаметром 9,4 м. Обделка кругового очертания сооружается по мере продвижения ТПМК вперед и монтируется под его защитой. Зазор между обделкой и породой заполняется специальным раствором под давлением, препятствуя разуплотнению грунта и обеспечивая уменьшение осадок дневной поверхности. Ожидаемое гидростатическое давление при проходке по прослоям песчаников, известняков и мергелей, содержащих воду с гидростатическим давлением до 8-9 атм., но это не является препятствием для ТПМК.
Внутренне поперечное сечение каждого тоннеля обеспечивает размещение габарита приближения строений «С» по ГОСТ 9238-83, водоотводящих лотков, сантехнического и электротехнического оборудования, коммуникаций, а также устройств сигнализации, связи и вентиляции.

Технические решения по вентиляции тоннелей предлагается выполнить на основании обобщения современного технического опыта вентиляции протяженных железнодорожных тоннелей в мире. Основными критериями для определения схемы вентиляции, является обеспечение нормативных значений физико-химических и термодинамических параметров воздушной среды как в штатных условиях эксплуатации, так и при возникновении чрезвычайных ситуаций. Для решения проблем вентиляции тоннелей предлагается использование электровозной тяги на участке расположения тоннелей с устройством необходимого внешнего электроснабжения.
В тоннелях предлагается выполнить продольную схему вентиляции. Воздухообмен обеспечивается совместным действием поршневого эффекта и системой механической вентиляции, использующих кинетическую энергию струйных вентиляторов. Основным критерием для расчета мощности вентиляторов является обеспечение необходимой скорости и направления воздушного потока в сечении тоннеля при пожаре.
В циркуляционно-эвакуационных сбойках между тоннелями незадымляемость путей эвакуации при переходе в неаварийный тоннель обеспечивается за счет создания тамбура и обеспечения средствами вентиляции подпора воздуха со стороны неаварийного тоннеля.
Циркуляционные сбойки (они же – пути эвакуации при аварийных ситуациях) при больших скоростях движения поездов по тоннелю позволяют снижать энергозатраты на локомотивную тягу и преодоление поршневого эффекта. Энергоснабжение тоннелей выполняется по I категории надежности электроснабжения.
Учитывая значительную протяженность тоннелей, при строительстве предполагается использование 4-х ТПМК: по 2 ТПМК с грунтопригрузом для встречной проходки по трассе двух тоннелей. ТПМК монтируются либо на рамповых участках, либо через специально сооружаемые стволы. Демонтаж комплексов производится в тоннеле в точке встречи ТПМК восточного и западного берега. Для обеспечения строительства потребуется сооружение строительных площадок вблизи порталов ориентировочной площадью около 10 га каждая. Для обеспечения строительства потребуется производство и укладка 26 тыс. куб. м железобетонной обделки в месяц. Проблема изготовления указанного объема железобетонной обделки была успешно решена при строительстве тоннелей по Олимпийской программе на линии Адлер – Альпика-Сервис.

Острой проблемой для строительства тоннельного перехода является проблема обеспечения электрических мощностей для проходки тоннелей ТПМК. Необходимая потребная мощность для проходки тоннельного перехода четырьмя ТПМК ориентировочно определена в 25 МВт (по 12,5 МВт с восточной и с западной стороны пролива) на срок проходки 2,5 года.
Со стороны таманского берега в настоящее время ближайшим источником электроэнергии для строительства тоннельного  перехода является существующая районная подстанция 220/110/140 кВ Вышестеблевская, на которой установлены для трансформатора  220/110/140 кВ мощностью 125 МВА. Резерв мощности на данной подстанции в размере 12,5 МВт имеется. От ПС Вышестеблевская в район строительства тоннельного перехода через Керченский пролив со стороны Краснодарского края необходимо будет построить две одноцепные линии 110 кВ примерно 25 км каждая, с сооружением в конце линии в месте строительства перехода подстанции 110/10 кВ с установкой на ней двух трансформаторов мощностью по 16 МВА.
Для обеспечения электроэнергией объектов строительства тоннельного перехода через Керченский пролив со стороны Керчи ближайшим источником электроэнергии является ПС 222/110/10 кВ Камыш-Бурун и ПС 110/10 кВ Керченская. Принимая во внимание достаточно реальный рост нагрузки Керченского энергоузла в планах Минэнерго РФ, предусматривается строительство ВЛ-220кВ ПС 500кВ Тамань, до ПС Камыш-Бурун с устройством кабельного перехода через Керченский пролив. Таким образом, обеспечение электроэнергией возможно осуществить строительством линии 110 кВ от ПС Камыш-Бурун и ПС Керченская общей длиной 35 км и строительством ПС 110/10 кВ с установкой на ней 2-х трансформаторов мощностью по 16 МВА в месте строительства перехода.
Стоимость строительства ВЛ-220 кВ на участке Тамань – Камыш-Бурун общей длиной 88 км (с учетом строительства кабельного перехода через Керченский пролив длиной 14,5 км) будет составлять около 5 млрд. руб. Срок строительства объектов внешнего электроснабжения до 1 года, то есть обеспечение электроэнергией может быть выполнено до начала щитовой проходки.
Для организации перегруза автомобильного транспорта на железнодорожные платформы необходимо строительство перегрузочных станций на обоих берегах пролива. Здесь же сооружаются диспетчерские пункты организации эксплуатации тоннельного перехода.
Срок строительства 2-х однопутных тоннелей при щитовой проходке составит 4 года 2 месяца с учетом подготовительного периода.
Ориентировочная стоимость строительства 2-х однопутных тоннелей при щитовой проходке составит около 170 млрд. руб. в текущих ценах с НДС.
С учетом стоимости железнодорожных подходов, их электрификации, строительства перегрузочных станций, устройств внешнего электроснабжения общая стоимость строительства по предлагаемому варианту составит около 230 млрд. руб. в текущих ценах с НДС.
При реализации предлагаемого варианта ликвидируются основные недостатки тоннельного варианта для автодорожного тоннеля:
- большое сечение автодорожных тоннелей;
- необходимость устройства уширений (мест стоянок) по тоннелю с выходом за контур обделки, сооружаемой ТПМК;
- необходимость устройства мощной системы вентиляции для удаления выхлопных газов автотранспорта.
При этом сохраняются все преимущества тоннельного пересечения пролива:
- строительство не создает проблем с судоходством;
- вариант более экологичен;
- тоннели значительно безопаснее в эксплуатации;
- тоннельный вариант менее подвержен терроризму;
- стоимость эксплуатации транспортного перехода (как показывает опыт эксплуатации объектов-аналогов в г. Хабаровск) по тоннельному варианту ниже.

Николай КУЛАГИН,
советник генерального директора
ОАО НИИПИИ «Ленметрогипротранс»,
доктор технических наук,
Андрей СОЛОВЬЕВ,
заместитель генерального директора
ОАО НИПИИ «Ленметрогипротранс»