Основни принципи на проектирање на мостови и тунели
Дизајнот на мостови и тунели е клучна компонента за обезбедување безбедна, сигурна и одржлива транспортна инфраструктура. Иако и двата служат за надминување на природните или вештачките пречки - како што се реките, долините, патните/железничките премини или планините - тие претставуваат различни технички предизвици. Мостовите се соочуваат со отворени товари, влијанија од ветерот и услови на темелите околу водните патишта или долините. Тунелите се соочуваат со притисоци од почвата и карпите, хидрогеолошки услови и безбедносни аспекти во затворени простори. Затоа, темелното разбирање на основните принципи на нивниот дизајн, од почетната фаза на студијата до деталниот дизајн, е од клучно значење.
1. Определување на структурните потреби и функции
Првиот принцип е да се утврдат барањата за услуги. Мостовите мора да бидат проектирани врз основа на видот на сообраќај ( патен , железнички, пешачки), класата на оптоварување, бројот на ленти, проектната брзина и барањата за простор во однос на реките, другите патишта или железничките пруги. Тунелите мора да бидат означени и како патни, железнички, комунални или пешачки тунели. Одредувањето на функцијата влијае на димензиите, вентилацијата, безбедносните системи и методите на градење.
Покрај функцијата, планерите треба да утврдат и цели за перформанси: проектен век, ниво на сигурност, граници на вибрации, ниво на удобност на корисниците и барања за работа и одржување. Овие почетни одлуки ја формираат основата за евалуација на алтернативите и проценка на трошоците за животниот циклус.
2. Студија за изводливост и избор на рута
Изборот на локација, или усогласувањето, често е клучен за успехот на проектот. За мостовите , доброто усогласување ја намалува должината на распонот, го минимизира бројот на столбови во реката, избегнува остри кривини и поставува темели на подобра почва. За тунелите, усогласувањата треба да избегнуваат активни раседни зони, слаби карпести слоеви, карстни области и области со високо ниво на подземни води што потенцијално би можело да предизвика значително истекување.
Оваа фаза вклучува анализа на топографијата, користењето на земјиштето, социјалните влијанија , постојните комунални услуги и плановите за регионален развој. Потоа се споредуваат алтернативните рути со користење на технички, еколошки, безбедносни, трошоци за изградба и критериуми за работење и одржување.
3. Теренско истражување и основни податоци
Ниту еден добар дизајн не е можен без соодветни теренски податоци. За мостовите, истражувањата вклучуваат геотехнички истражувања (дупчење, SPT/CPT, лабораториски тестови), хидрологија и хидраулика (проектно поплавување, брзина на проток, чистење) и сеизмички услови. За тунелите, геолошко-геотехничките истражувања се многу позастапени: површинско геолошко мапирање, дупчење на јадро, тестирање на пропустливост, мапирање на дисконтинуитет на карпи и мерења на нивото на подземните води.
Клучниот принцип овде е да се намали неизвесноста. Цената на истрагата е обично многу пониска од цената на неуспесите, доцнењата или побарувањата што произлегуваат од неидентификувани теренски услови.
4. Концептот на структура и избор на вистинскиот тип
Кај мостовите, изборот на тип - претходно излиен бетонски носач, сандак, челичен решеткаст, кабелски потпорен или висечки - се одредува според должината на распонот, условите на темелите, естетиката, методот на монтажа и достапноста на материјали и опрема. Мостовите со долг распон може да бидат посоодветни за кабелски потпорни или висечки мостови, додека мостовите со среден распон често се поефикасни со бетонски или челични сандак-носачи.
Во тунелите, методите и видовите на потпора вклучуваат сечење и покривање (за мали длабочини), дупчење на тунел со TBM ( за меки/урбани почви) или NATM/SEM (за различни услови на карпи). Основниот принцип е да се избере систем што е во согласност со геолошките услови, толеранциите на деформација, еколошките барања (на пр., населување во густо населени подрачја) и можностите на изведувачот.
5. Анализа на оптоварување и комбинации на оптоварување
Мостовите мора да бидат проектирани за мртви товари, сообраќајни оптоварувања, оптоварувања од ветер, оптоварувања од земјотреси, сили на сопирање и влечење, температура, собирање и ползење на бетонот, како и потенцијални влијанија (возила или пловила). Во речните области, хидродинамичките ефекти и ефектите од остатоците исто така може да бидат релевантни. Комбинациите на оптоварувања ги следат применливите стандарди за дизајн за да се обезбеди безбедност и сигурност.
Тунелите се соочуваат со оптоварувања од притисокот на почвата и карпите, притисокот на водата во порите, градежните оптоварувања и оперативните оптоварувања како што се сообраќајот и вибрациите. Шемите за оптоварување на тунелите се под силно влијание на интеракциите почва-структура и низите на ископување. Затоа, нумеричкото моделирање и теренското следење често се користат за да се осигури дека претпоставките за дизајн се совпаѓаат со реалните услови.
6. Геотехнички и темелни аспекти
Темелите се „корените“ на мостот. При изборот на плитки темели, дупчени столбови, столбови, кесони или темели на бунари мора да се земе предвид носивоста, слегнувањето, потенцијалот за втечнување и абразијата. На локациите покрај реки, дизајнот мора да биде отпорен на абразија со заштита како што се рипови, престилки или засилување на брегот.
Во тунелите, геотехничкото инженерство влијае на сè: стабилноста на површината на ископот, контролата на деформациите, дизајнот на облогата (примарна и секундарна) и потребата од фугирање или подобрување на земјиштето. Клучен принцип е управувањето со ризици: проценка на потенцијалот за локално уривање, стегање на земјиштето, отекување, па дури и големи приливи на вода што би можеле да ја загрозат безбедноста и распоредот.
7. Конструктивност и методи на имплементација
Добриот дизајн мора да може да се изгради ефикасно и безбедно. За мостовите, градежноста вклучува избор на метод на монтажа (лансирна греда, кран, балансирана конзола), поставување на реката, пристап до опрема и управување со сообраќајот за време на изградбата. Одлуките за дизајнот, како што се должината на однапред излиените сегменти, деталите за поврзување или видот на скелето, ќе влијаат на продуктивноста и трошоците.
За тунелите, градежноста е поврзана со изборот на методот TBM (дупчење-пензање), фазите на инсталација на потпората, системот за ѓубрење и влечење, како и достапноста на портални области и отстранување на материјалот за ископ. Логистиката во тунелите често е „тесно грло“, па затоа треба да се планира од самиот почеток, вклучувајќи ги потребите за електрична енергија, вода, вентилација и управување со протекувањето.
8. Безбедност, работење и одржување
Мостовите мора да ги исполнуваат принципите за безбедност на корисниците: заштитни огради, патеки за пешаци, дренажа на палуби, осветлување и знаци. Мостовите исто така треба да бидат дизајнирани за лесна инспекција: пристап до лежишта, дилатациони споеви и критични области како што се врски или кабли. Доброто деталирање ги намалува жариштата на корозија и го поедноставува одржувањето.
Тунелите имаат посложени безбедносни барања: вентилација (нормална и итна), системи за откривање пожар, хидранти и апарати за гаснење пожар, патеки за евакуација, осветлување, видео надзор, комуникации и управување со чад. Поставувањето на вкрстени премини, места за итни случаи и противпожарни врати мора да ги земе предвид сценаријата за инциденти. Клучниот принцип е ризиците во затворените простори да бидат управливи и да се овозможи брза евакуација.
9. Издржливост, трајност и одржливост
Издржливоста е предуслов за конструкцијата да го постигне својот предвиден век на траење. За мостовите, агресивните средини како што се крајбрежните области или индустриските области бараат заштита од корозија за челикот, соодветен квалитет на бетон, соодветна покривка и детали за дренажа за да се спречи залевање. Изборот на издржливи лежишта и споеви, исто така, значително влијае на трошоците за одржување.
Во тунелите, издржливоста е поврзана со контролата на протекувањето, квалитетот на хидроизолационата мембрана, отпорноста на облогата на хемиски средини и внатрешниот систем за одводнување. Одржливоста е исто така сè поважна: оптимизирање на употребата на материјали, намалување на емисиите од градежништвото, повторна употреба на ископани материјали и енергетски ефикасен дизајн (на пр., ефикасна вентилација на тунелот).
10. Управување со ризик и контрола на квалитет
И мостовите и тунелите се соочуваат со високо ниво на неизвесност, па затоа управувањето со ризици мора да биде основен принцип. Вообичаените ризици вклучуваат непредвидени услови на земјиштето, поплави, земјотреси, грешки во производството, логистички доцнења и ризици за безбедност при работа. Клучните практики вклучуваат рано идентификување на ризиците, ублажување преку дизајн и методи и планирање за непредвидени ситуации.
Контролата на квалитетот се врши преку процедури за материјали, работни инспекции, тестирање (бетон, завари, завртки, сегменти на облога) и документација. За тунели, инструментите како што се екстензиометри, мерења на конвергенција, пиезометри и маркери за слегнување помагаат да се обезбеди предвидено однесување на земјата. За мостови, следењето на отклонувањето, затегнатоста на кабелот и квалитетот на поврзувањето може да спречат долгорочни проблеми.
Затворање
Основните принципи на проектирање на мостови и тунели се вкоренети во разбирањето на функционалните барања, точните теренски податоци, изборот на соодветни структурни типови, сеопфатната анализа на оптоварувањето и интеграцијата на геотехничките аспекти, аспектите на конструктивноста, безбедноста и издржливоста. Мостовите бараат посебно внимание на аеродинамиката, темелите и ефектите од отворената средина, додека тунелите бараат совладување на интеракциите почва-структура, хидрогеологијата и безбедноста на затворениот простор. Со систематски пристап базиран на ризик, изградената инфраструктура може да обезбеди безбедни, удобни и ефикасни услуги на долг рок.
