Реконструкция и обновяване на тунелите в България

Независимо от високата конструктивна сложност и сравнително по-ниската опитност на местните фирми, тунелите са от изключителна важност за пътните артерии в България. Нуждата от тях се появява, когато те препятстват трасето в планински или силно хълмисти райони, а заобикалянето им не е технически и икономически оправдано.  Макар по нашите ширини да не се разполагат мегасъоръжения като тунела под Ла Манш или тунел-мостовата гордост на Йоресунд, тунелите в България са от не по-малка значимост за успешното съществуване пътния и железопътния трафик. 32 са тунелите по РПМ според статистиката на АПИ, половината от които по най-натоварените ни пътища – автомагистрали и първокласни.

Текст: списание Инфрабилд

снимка: АПИ

Като всеки аспект от живота ни, съоръженията също имат необходимост от периодична поддръжка за запазване на целостта и гарантиране на безопасна експлоатация. След тежкото произшествие в тунел "Ечемишка" на АМ "Хемус", през април 2017г. АПИ представи доклад оценка на пътните тунели под тяхна опека. Съгласно него цели 14 пътни тунела или серия от тунели се нуждаят от спешен ремонт, а близо половината от тях са оценени с категория "висок" или "много висок риск". Макар да е трудно да бъде посочен най-занемарен район поради разпръснатите из цялата страна тунели, прави впечатление присъствието на три тунела по АМ "Хемус" - "Витиня", "Топли дол" и "Ечемишка". От списъка отсъства единствено "Правешки ханове", отворен за експлоатация едва през 1999г. – 15 години по-късно от останалите.

Основни проблеми

Няколко са основните проблеми, които възникват в тунелите в България. Те могат да бъдат обобщени в няколко групи – проблеми с тунелната облицовка, наличие на множество течове, корозирали стоманени елементи, електрозахранване, осветление, пожарна безопасност, а като част от съвременните изисквания и нормативи – вентилация и системи за сигнализация. Напуканата, обрушена или частично разрушена тунелна облицовка обикновено е предпоставка за падащи бетонни парчета. Облицовката при пътните и железопътните тунели има множество функции. От една страна тя предпазва тунелния изкоп от ерозия и изветряване, а също така поема натоварването от планински натиск като запази проектното светло напречно сечение на тунела. Нейната цялост ще предотврати проникването на почвени води във вътрешността на тунела и ще създаде достатъчно равна и гладка повърхност на свода и стените му. Същевременно ще създаде условия за стабилно окачване и закрепване на всички необходими уреди и инсталации в тунела.

В зависимост от локалните инженерно-геоложки, хидрогеоложки и сеизмичните условия, тя може да бъде проектирана за изпълнение от монолитен бетон или стоманобетон, пръскан бетон или от сглобяеми елементи. Облицовката обаче не създава изолирана среда от външни фактори и с течение на годините тя може да се напука и разруши, с което се създава опасност от падащи бетонни парчета, но и елементи на осветителното или друго оборудване. Множество течове по цялата дължина на тунелната облицовка са предпоставка за образуване на ледени висулки и заледяване на пътното платно. Обливащите тунела водни потоци от почвени води не могат да бъдат спрени, а все намират начин да продължат своя път. Затова и при компрометирани облицовка и хидроизолация те няма да бъдат равномерно разпределени, а и ще намират пролука извън проектно предвидените такива. През зимата замръзващата вода може да се превърне в ледени висулки със страховити размери, които от една страна могат да ускорят процеса по разрушаване на облицовката и на осветителни тела (в случай на образуването им на такива), а също и да бъдат непредсказуема опасност за преминаващи в близост хора и превозни средства.

Корозиралите стоманени елементи са друг много важен елемент на тунелите у нас. Макар да намират широко приложение в строителството и по отделно, стоманата и бетонът могат да работят заедно като един по-мощен екип, който да поема както натискови (благодарение на бетона), така и опънни (благодарение на стоманата) усилия. Съвместното им използване е възможно поради сходните коефициенти на топлинно разширение, а допълнително предимство е това, че обгръщайки стоманата бетонът я предпазва и от атмосферни влияния – и съответно корозия. Разрушеното бетоново покритие обаче постепенно ще оголва стоманата, с което тя не само корозира, но и ще намаля носещите функции на цялата конструкция и нейната експлоатационна годност.

В по-старите тунели у нас, липсва осветление и захранващи електрически табла. Съгласно действащите към днешна дата наредби, осветлението е задължително само за пътни тунели с дължина над 200m и железопътни тунели в права с дължина над 300m, като за по-къси се определя допълнително спрямо обстановката (например, ако пътят преди и след тунела е осветен, то трябва да бъде инсталирано осветление и в тунела). Същевременно обаче осветителната инсталация изисква постоянна поддръжка, а извънградските тунели ще имат нужда и от постоянен захранващ източник. Тъй като това не препятства свободното преминаване на тунела, евентуален проблем би могъл да бъде неглижиран, а решението му отложено неопределено като второстепенен приоритет. Аналогично, макар и задължителен елемент още при изграждането, вентилацията често остава занемарена, а поддръжката ѝ – подценена, а елементите за пожарна безопасност биха могли и да отсъстват следствие недоброжелателни посетители и кражби.

Възможности за ремонт на облицовката

Разбира се, всяко решение би било пряко освързано с конкретният обект, което означава предварителен оглед, експертиза, доклад, проект. В най-честия случай би се подходило по следния начин. Компрометираната армировка се подменя и при необходимост се усилва и се нанася подходящо антикорозионно покритие. Отгоре се полага пръскан (торкрет) бетон. Той до голяма степен прилича по състав на обикновения бетон, но има специфики при неговото производство и полагане (разлики в размера на едрия добавъчен материал, водоциментно съдържание). Намира широко разпространение заради своето лесно и бързо полагане.

Повърхностите трябва да бъдат предварително подготвени, което включва отстраняване на прах, соли, сажди, масла, при метални конструкции отстраняване на корозия. За гладки бетонови настилки основата трябва да бъде награпена, а също и добре измита и изсъхнала. Ако основата е ронлива и стара – повърхността се премахва до достигане на здрав слой. Всичко това е от висока важност за издръжливостта и ефективността на торкрет бетона. Торкретирането може да се изпълнява на няколко слоя, като всеки следващ слой се полага след изсъхване на предходния, а дали сме достигнали проектната дебелина ще можем да следим с помощта на метална игла. Има две опции за подготовка на сместа – посредством мокър или сух процес.

При мокрия процес сместа се приготвя в готов вид, а след това се изпомпва от бутална или винтова помпа. В края на маркуча има дюза, при която се добавя сгъстен въздух под налягане и химическа добавка-ускорител, с цел при пръскане сместа да набере по-бързо якост. При сухият процес циментът и агрегатите се смесват без да се влага вода. Транспортират се в поток от сгъстен въздух през маркуч към смесителна дюза. В участъка на дюзата сместа се смесва с вода и химическа добавка, като се нанася в непрекъсната струя. По стените на тунела често могат да се видят „язви“ – дупки в бетонната обшивка, по които се образуват течове. Работниците ги маркират, за да могат след това те да бъдат ремонтирани.

Възможности за подмяна на хидроизолацията

Притокът на подземни води е причина за силно неблагоприятно въздействие на конструкциите, затова и се търсят решения за ограничаване на ефекта от него. Част от падналите количества валежи се влива в потоци и реки, друга част се изпарява веднага или през порите на растенията, а трета част се инфилтрира и попълва запасите от подземни води. Затова и един тунел би се превърнал в тресавище без подходяща и работеща хидроизолация. Подходът за хидроизолиране се изработва индивидуално за всеки конкретен случай, но от голямо значение са видът на тунелната конструкция и изискванията за хидроизолация. Хидроизолационните системи са два основни типа – отворени и затворени. При отворените (дренирани) системи, проникналите от масива подземни води преминават през дренажен слой безнапорно и се поемат от надлъжни дренажни тръби.

Хидроизолацията се изпълнява или частично, по свода, или се прави пълно хидроизолиране на тунелния профил. При затворените (недренирани) водонепропускливи системи, проникналите от масива и достигнали до хидроизолацията подземни води не се дренират. Хидроизолационната система се предвижда за предотвратяване проникването на вода под напор към вътрешното пространство на тунела. За площна хидроизолация се прилагат листови и пръскани хидроизолационни мембрани. Дебелината им се определя от конкретните условия и изисквания, но не може да е по-малка от 3mm за пръскани мембрани и 2mm за всеки слой за листови мембрани. Възможно решение е най-долният пласт да се изпълни от циментова замазка, която изравнява грапавините на конструктивните части и създава необходимите наклони.

При необходимост от по-голяма дебелина този пласт може да се изпълни на два етапа - долен слой от бетон и замазка отгоре. Изравнителният пласт замазка може изцяло да отпадне за монолитни конструкции, при които оформянето на горната повърхност се извършва със специални машини. Над замазката е хидроизолационният пласт. Той се изпълнява обикновено от листови (мембранни, рулонни) материали – битумни или битумно-полимерни мушами и полимерно фолио, и по-рядко от мазани (течни) материали. Полимерното фолио се полага между два слоя битумна мушама или геотекстил. Фолиото може да бъде от полиизобутилен, поливинилхлорид, полиетилен, полипропилен и др. Отгоре се полага предпазен пласт, който не допуска механично увреждане на хидроизолацията по време на засипване на съоръжението. Този пласт може да се изпълни като армирана циментова замазка с дебелина 4cm.

Необходимост от осветление на тунелите

От гледна точка на безопасността на придвижване, осветлението играе също все по-голяма роля в тунелното строителство. Различните части на тунела ще имат и различни изисквания по отношение на проектирането и показателите на осветление. Така, например, входовете на тунела ще изискват високи нива на осветеност с малко или без разстояние между осветителните тела. И обратно - осветлението във вътрешността на тунела трябва да бъде по-слабо, с или без разстояние между осветителните тела. Различните видове осветителни тела спомагат в по-висока или по-ниска степен за постигане на баланс между постигане на оптимална видимост и икономичност.

В тунелното осветление все по-широка роля намират LED системите за надстройване на осветлението за тунели и надлези. Те имат редица предимства. Предоставя се възможност за лесно настройване и минимално затваряне, тъй като този вид системи за осветяване на тунели са напълно подходящи за повечето съществуващи тунели. Така се ограничава и риска от допълнителна инвестиция за подготовка на инсталацията и ново специфичино окабеляване. Светодиодната технология е съвременна иновация, в крак с тенденциите по намаляване на разходите за електроенергия, ограничаване на вредните емисии и удължаване живота на осветителните тела, което води до по-малки разходи на експлоатация. LED системите създават и по-добри показатели за осветление и по-добра видимост и безопасност на пътуването. Същевременно съвременните иновации са развили дори в посока интелигентни тунелни системи, които могат да отчитат реалната светлина и да оптимизират осветлението по динамичен път, да известяват при неизправности и да бъдат управляване от разстояние.

Реконструкция и обновяване на вентилацията 

При проектирането, строителството и експлоатацията на вентилационната система се взема предвид контролът на изхвърлените от автомобилите газове (както при нормално и пиково движение, така и при спряно поради авария или произшествие) и на топлината и на дима в случай на пожар. Механична вентилационна система се инсталира във всички тунели с дължина над 1000m, в които интензивността на движението е по-голяма от 2000 автомобила за една лента. За тунелите с двупосочно движение, дължина над 3000m и интензивност над 2000 автомобила за една лента е необходимо инсталиране на въздухоотводи и димоотводи, които да управляват поотделно или на групи. Също така надлъжната скорост на въздуха постоянно се контролира и се регулира управлението на вентилационната система посредством въздухоотводи, димоотводи, вентилатори и др.

Съвременни изисквания за пожарна безопасност

Правилата за превенция на пожари българското законодателство урежда с "Наредба № 1/04.04.2007г. за минималните изисквания за безопасност в тунели по републиканските пътища, които съвпадат с трансевропейската пътна мрежа на територията на република България". Наредбата се прилага за всички тунели по републиканските пътища, които съвпадат с трансевропейската пътна мрежа на територията на Република България и имат дължина, по-голяма от 500m, независимо от това дали са в експлоатация, в период на изграждане или проектиране, като е възможно да се прилагат дори надграждащи изисквания при необходимост, а разрешение за експлоатация се налага не само за новопостроени тунели, а също и след реконструкция или промени в мерките за безопасност.

За по-добро осигуряване на безопаност в тунелите, АПИ осъществява контрол по инспектиране и редовно изпитване, подготовка на организационни и оперативни схеми (като аварийни планове, планове за обучение на аварийните служби), определяне на процедури по незабавно затваряне на тунел при аварийна ситуация, както и прилагане на мерки за намаляване на рисковете. Проверката и оценката на състоянието на тунелите се провеждат от специализирана инспекция, а доклад за работата им трябва да бъде представен през не повече от 5 години. За всички тунели се осигурява водоснабдяване. Противопожарните хидранти се разполагат близо до челата и във вътрешността на тунелите на разстояния, които не надвишават 250 m. Водоснабдяването може да се осигури от водопровод или резервоар, съоръжен с необходимите съоръжения за подаване на вода в тръбопроводите.

Безопасност при преминаване през тунелите 

Аварийните станции трябва да разполагат с телефони за спешна помощ и пожарогасители, но те не могат да защитят участниците в движението в случай на пожар. Те могат да представляват шкаф върху страничната стена на тунела или, за предпочитане, да бъдат устроени в специални ниши в стените на тунела. Нужно е да имат най-малко един телефон за спешна помощ и два пожарогасителя. Аварийните станции се поставят близо до порталите на тунелите и във вътрешността на разстояния не по-големи от 150 m за нови тунели и не повече от 250 m за съществуващи тунели.

Във всички тунели, които разполагат с контролен център, ще се инсталират системи за видеонаблюдение и системи за автоматично откриване на смущения в движението (като спрели в тунела автомобили) и пожар. В тунелите без контролен център се инсталират системи за автоматично откриване на пожар. Задействането на механичната вентилация за овладяване на дима е независимо от автоматичното задействане на вентилацията за овладяване на замърсителите.

В тунелите с дължина над 1000 m ще се монтират светофари пред входа, за да могат тунелите да могат да бъдат затворени при авария. За спазване на наложените ограничения на движението могат да се монтират допълнителни средства, като електронни информационни табла и бариери. За спиране на движението могат да се поставят и допълнителни съоръжения на разстояния не по-големи от 1000 m във вътрешността на всички тунели с дължина над 3000 m с интензивност на движението над 2000 автомобила на лента, които разполагат с контролен център. Става въпрос най-вече за светофари и допълнителни средства, като високоговорители, електронни информационни табла и бариери. Когато в тунела е разрешен превозът на опасни товари, отвеждането на запалими и токсични течности трябва да се осигурява от добре изчислени канавки или чрез прилагане на други средства (хидрозатвори), разположени в неговото сечение. Системата за дренаж се проектира и поддържа така, че да ограничава разпространението на огъня и проникването на запалимите и токсични течности във вътрешността на тръбите или между тръбите на тунела.

Възможности за по-мащабни реконструкции

При първоначалното изграждане или по-мащабна реконструкция, основен критерий за определяне на броя на тръбите на тунела е очакваната интензивност на движението. Когато 15-годишната прогноза показва, че интензивността на движението ще надхвърли 10000 автомобила за една пътна лента, трябва да се построи тунел с две тръби за еднопосочно движение за времето, когато тази стойност ще бъде надвишена, а броят на лентите в тунела, без да се смята аварийната лента, трябва да бъде равен на броя на лентите извън тунела. При проектирането на тунела се обръща и специално внимание на влиянието на някои параметри, които оказват влияние върху вероятността от възникване и тежестта на пътнотранспортни произшествия, като: план на трасето, напречно сечение, хоризонтално и вертикално разположение, пътища за достъп до тунела, включително и при аварийни ситуации.

В нови тунели без лента за принудително спиране се предвиждат тротоари, разположени по-високо или на нивото на платното за движение. В случай на произшествие или пожар тротоарите служат за евакуационни пътища, които отвеждат участниците в движението до авариен изход. Това условие не е задължително когато конструкцията на тунела не позволява изпълнението на тротоари или цената за изпълнението им е неоправдано висока. 

Аварийните изходи позволяват на участниците в движението да напуснат тунела без превозното средство и осигуряват пешеходен достъп за аварийните служби. Аварийните изходи биват: директен изход от тунела навън, свързващи аварийни галерии между тръбите в тунела, изход към аварийна галерия, обособени ниши в тунелната тръба, които имат връзка с евакуационен път. Аварийни изходи се изграждат за нови тунели, в които очакваната интензивност на движението за една пътна лента е по-голяма от 2000 автомобила. В съществуващи тунели с дължина над 1000 m и с интензивност над 2000 автомобила за една лента се преценява дали построяването на нови аварийни изходи е възможно и икономически оправдано решение. Максималното разстояние между аварийните изходи е 500 m. В тунели с две тръби на приблизително еднакво ниво трябва да бъдат изградени аварийни галерии между тръбите за достъп на аварийните служби най-много през 1500m.

В допълнение съществуват и изисквания за уширения на платното за движение. Така, например, в съществуващи двупосочни тунели без лента за принудително спиране с дължина над 1500m и с интензивност, по-голяма от 2000 автомобила за една пътна лента, трябва да се прецени дали изпълнението на уширения е възможно и икономически оправдано решение. Уширения на платното за движение не се предвиждат, ако разликата между широчината на пътното платно и широчината на активните ленти за движение в тунела е равна най-малко на 3,00 m или ако конструкцията на тунела не позволява изпълнение на уширения или разходите са неоправдано високи. На всяко уширение се устройва аварийна станция.