Уникальное достижение тоннелестроения

Уникальное достижение тоннелестроения

После торжественной церемонии, состоявшейся 1 июня 2016 г. и ознаменовавшей окончание продолжавшегося 17 лет строительства Готардского базисного тоннеля, подрядчик — компания AlpTransit Gotthard официально передала этот двуствольный тоннель Федеральным железным дорогам Швейцарии (SBB, рис. 1).

Испытательные поездки в тоннеле начались в копие 2015 г.
Рис. 1. Испытательные поездки в тоннеле начались в копие 2015 г. (фото: AlpTransit Gottard)

Готардский базисный тоннель. протянувшийся от Эрстфельда (кантон Ури) на севере до Водно (кантон Тичино) на юге, является самым протяженным железнодорожным тоннелем в мире и представляет собой уникальное инженерное сооружение. Два ствола тоннеля проходят на расстоянии 40 м друг от друга и связаны между собой поперечными проходами. обустроенными через каждые 325 м. Суммарная протяженность всех стволов, служебных и ходовых тоннелей, поперечных проходов составляет 152 км.

Покрывающая порода поднимается до высоты 2300 м, что делает Готардский базисный тоннель не только самым протяженным, но также наиболее глубоко заложенным железнодорожным тоннелем в мире. Следует также отмстить, что профиль железнодорожного пути в тоннеле не отличается круты-ми уклонами. Его наивысшая точка располагается на высоте 550 м над уровнем моря, а максимальный уклон составляет 12.5 ‰.

Недалеко от населенных пунктов Файдо и Седрун построены две многофункциональные станции, которые разделяют тоннель по длине на три приблизительно равных участка. На обеих станциях предусмотрена возможность перехода поездов из одного ходового ствола в другой. Оснащение станций позволяет проводить срочные ремонтные работы в случае экстренной остановки поездов.

Этап строительства

Организационно строительство Готардского базисного тоннеля велось на пяти участках. В целях рационального использования времени и финансовых средств программы работ на отдельных участках были тщательно скоординированы, а некоторые работы выполнялись на них одновременно.

Тоннелепроходчикам пришлось иметь дело с несколькими видами горных пород —от твердого гранита до измельченной осадочной породы.

Приблизительно на 80% протяженности ходовых тоннелей использовались тоннелепроходческие машины, на остальном протяжении — традиционные методы проведения взрывных работ. Из тоннеля было удалено 28.2 млн т грунта и породы для захоронения или повторного использования. На глубине строителям приходилось работать в тяжелых условиях, когда температура воздуха поднималась до 45 °С. В пиковые периоды занятость на строительстве достигала 2400 чел., работа осуществлялась в три смены в круглосуточном режиме.

Прогнозы, составленные геологами относительно видов и состояния горных пород, подтвердились с небольшим числом исключений. Наибольшие риски были связаны с проходкой на седрунском участке в горном массиве Туеч. Однако благодаря тщательному выбору строительных технологий для этого участка подрядчику удалось избежать сколько-нибудь серьезных проблем.

Строительство тоннеля в районе горы Пиора (подразумевалось, что она образована доломитовой породой, работать с которой крайне трудно) на поверку не доставило особых проблем. Все сомнения исчезли после того, как было произведено разведочное бурение, подтвердившее, что реально существующая формация не создает непреодолимых препятствий для строительства тоннеля.

В то же время геологи ожидали, что многофункциональная станция вблизи Файдо будет находиться в теле гнейса, что должно было благоприятствовать строительству, но при сооружении подходов выяснилось, что в середине пространства, отводимого под запланированную станцию, находится сдавленная разрушенная порода. Это побудило подрядчика пойти на дополнительные затраты времени и финансов и переместить местоположение станционного зала на 600 м к югу.

В 2010 г., 15 октября (через 11 лет после начала строительства), был зафиксирован мировой рекорд проходки самого длинного тоннеля; сбойка состоялась на расстоянии 30 км от южного и 27 км от северного портала (рис. 2). При этом расхождение между северной и южной частями тоннеля составило 80 мм по горизонтали и всего 10мм по вертикали, что свидетельствует о высоком качестве геодезических работ.

Сбойка в Готардском тоннеле
Рис. 2. Сбойка в Готардском тоннеле (фото: AlpTransit Gottaгd)

Обустройство тоннелей

По завершении проходки тоннеля предстояло подготовить его для железнодорожного строительства. Очередная задача состояла в том. чтобы завершить внутреннюю
отделку обоих ходовых стволов. Затем последовали работы по оснащению тоннеля электрическими и механическими системами и устройствами (дверями, водоотводом и вентиляцией), имеющими важное значение для его безопасной эксплуатации и текущего содержания.

Работы по обустройству тоннеля техническими средствами собственно железнодорожной инфраструктуры. включая путь, оборудование электроснабжения, системы связи и устройства безопасности, проводились в течение 5 лет. начиная с 2010 г. При этом очень важно было эффективно координировать и гибко планировать работ)- персонала, занимавшегося строительством и внутренней отделкой тоннеля, и специалистов, отвечавших за его железнодорожную инфраструктуру. Следует также иметь в виду тот факт, что доступ работающего персонала в тоннель был возможен исключительно через его концевые порталы.

При больших расстояниях доставки к рабочим местам персонала, материалов и оборудования, а также ограниченности пространства для проведения работ решающее значение имело логистическое обеспечение строительства и оснащения тоннеля. Поскольку автомобили внутри тоннеля не могли разворачиваться. все материалы и технические средства железнодорожной инфраструктуры должны были доставляться к местам проведения работ поездами. Следовательно, сначала необходимо было уложить рабочий путь и только после этого переходить к установке и монтажу остального оборудования (рис. 3).

Рабочий железнодорожный путь
Рис. 3. Рабочий железнодорожный путь (фото: AlpTransit Gottard)

На всех участках установка и монтаж оборудования проводились поэтапно. В 2010-2011 гг. на участке Бодио, названном по имени рядом расположенного населенного пункта, оснащение западного ходового тоннеля обеспечивалось с базы, находившейся в г. Бьяска (кантон Тичино). Затем оно было продолжено с аналогичной базы в Эрстфельде у северного портала тоннеля. Эта база обеспечивала оснащение железнодорожной инфраструктурой западного и восточного ходовых тоннелей вплоть до Файдо. И наконец, в 2014 г. занимались оснащением участка Бодио восточного ходового тоннеля.

В последнюю очередь выполнили соединение тоннельных путей с путями существующей Готардской магистрали. Это потребовало строительства нового участка длиной 5 км со стороны северного портала и участка длиной 7 км со стороны южного портала. При этом на обоих участках необходимы были новые искусственные сооружения для того, чтобы развязать железнодорожные пути с существующими транспортными коммуникациями.

Подготовка к эксплуатации

Ввод в действие столь гигантского искусственного сооружения, как Готардский базисный тоннель, — комплексная процедура, требующая поэтапного осуществления. Перед началом регулярной эксплуатации тоннеля необходимо было всесторонне проверить и испытать его техническое оснащение. В октябре 2015 г. была начата программа контроля работоспособности оборудования, испытательных поездок и обучения персонала (рис. 4). О масштабах предэксплуатационной подготовки тоннеля можно судить хотя бы по тому, что в ее рамках потребовалось выполнить около 3.5 тыс. испытательных поездок.

Первый поезд прошел по тоннелю в тестовом режиме 8 октября 2015 г.
Рис. 4. Первый поезд прошел по тоннелю в тестовом режиме 8 октября 2015 г. (фото: AlpTranzit Gottard)

На первом этапе этой подготовки детально проверялась работоспособность отдельных компонентов систем и оборудования тоннеля. На следующем этапе контролировали. насколько точно все эти компоненты взаимодействуют со средствами управления в тоннеле. и только после этого был запущен процесс комплексной отладки технического оснащения тоннеля. Здесь следует оговориться, что испытания отдельных видов эксплуатационного оборудования оказалось возможным провести непосредственно при установке.

К испытательным поездкам приступили в октябре 2015 г. с использованием европейской системы управления движением поездов ETCS уровня 2. оборудованием которой были оснащены пути в ходовых тоннелях и подводящие участки железных дорог. С использованием специализированного поезда SBB проводилась проверка работоспособности оборудования цифровой системы радиосвязи GSM-R в тоннеле.

В ноябре-декабре 2015 г. прошла серия высокоскоростных испытательных поездок в тоннеле, в ходе которых скорость движения поезда постепенно увеличивалась до максимальной величины, близкой к 275км/ч (рис. 5). Впервые такая скорость была достигнута арендованным в Германии поездом ICE-S в процессе испытательной поездки по восточному ходовому стволу’, проводившейся в ночь с 8 на 9 ноября 2015 г.

Фиксация рекордной скорости во время испытательной поездки
Рис. 5. Фиксация рекордной скорости во время испытательной поездки (фото: Alpl’ransit Gottard)

В период с октября 2015 по январь 2016 г. в программе испытаний делался упор на моделирование перевозочною процесса в штатных и нештатных ситуациях. В сценариях испытаний были задействованы самые разнообразные виды транспортных происшествий. Процесс достиг своей кульминации 25-26 января при проведении испытаний с участием восьми поездов, с которыми в одно и то же время моделировали разного рода аварии и происшествия.

В феврале 2016 г. прошли испытания с участием грузового поезда длиной 1500 м и массой 2216 т, имевшего в своем составе 76 вагонов различных типов, включая универсальные вагоны-платформы, крытые вагоны с раздвижной крышей и порожние вагоны-контейнеровозы. Тяга испытательного поезда осуществлялась тремя локомотивами Re620 — по одному в голове, хвосте и середине состава. В процессе испытательных поездок выяснялась возможность эксплуатации в Готардском базисном тоннеле поездов такой длины под управлением системы ETCS уровня 2.

Испытательные поездки

Ответственность за все испытательные поездки несет SBB. Задача этого этана состояла в том, чтобы отработать различные процедуры, предусмотренные процессом эксплуатации тоннеля, в разнообразных ситуациях и условиях, приближенных к реальным. Эти поездки продуманы таким образом, чтобы отработать схемы организации и оперативного управления перевозочным процессом в тоннеле, процедуры его текущего содержания. При этом сложность ситуаций, моделируемых в таких поездках, изменяется по нарастающей, начиная с самых простых и кончая намного более сложными для разрешения ситуациями.

Для того чтобы гарантировать способность SBB в полном объеме принять на себя основную ответственность за проведение испытательных поездок, некоторые из них проводили на этапе строительных работ, когда ответственность за Готардский базисный тоннель еще лежала на компании Alp-Transit Gotthard (таблица). Эти поездки, в частности, использовались для отработки спасательных операций (рис. 6) и процедур проведения ремонтных работ.

Выходы в поперечные проходы между тоннелями выделены зеленым светом
Рис. 6. Выходы в поперечные проходы между тоннелями выделены зеленым светом (фото: AlpTransit Gottard)

На этой стадии происходило усложнение программы испытаний с переходом от процедур тестирования до искусственного воспроизведения фрагментов регулярного перевозочного процесса. Этот переход на определенном этапе усложнения условий испытаний включает тренировочные рейсы поездов, имитирующие регулярные сообщения для отработки штатных процессов регулярной эксплуатации.

В грубом приближении испытания распределены на три группы:

  • отработка штатных процедур регулярной эксплуатации;
  • отработка процедур проведения работ текущего содержания и ремонта;
  • испытательные пробеги.

Отработка эксплуатационных процедур с имитацией регулярных сообщений включала постепенный переход к испытаниям в напряженных режимах с участием большого числа грузовых поездов. Испытания в напряженных режимах с участием пассажирских поездов запланированы на период с августа по ноябрь 2016 г.

Концепция эксплуатации

В отличие от специализированных высокоскоростных линий, которые проектируются пол движение пассажирских поездов, Готардский базисный тоннель рассчитан на смешанное движение пассажирских поездов со скоростью до 250 км/ч и грузовых со скоростью до 110 км/ч. Соответствующим образом спроектированы устройства и системы безопасности. Но такая концепция эксплуатации ограничивает максимальную пропускную способность тоннеля.

На начальном этапе регулярной эксплуатации график движения в Готардском базисном тоннеле будет предусматривать пропуск пяти грузовых и двух пассажирских поездов/ч в каждом направлении. Одним из важнейших принципов организации эксплуатационного процесса в тоннеле является отказ от проведения работ по его текущему содержанию в дневные часы, когда осуществляется движение графиковых поездов. Эти работы предполагают проводить исключительно в ночное время.

Проведение всех видов испытаний, включая испытания в напряженных режимах и испытания, проводимые в целях получения необходимых разрешений от различных инстанций, планируют завершить к декабрю 2016 г., после чего Готардский базисный тоннель планируют ввести в постоянную эксплуатацию.

Железные дороги мира — 2016, №7