III. CĂI DE COMUNICAŢIE ÎN SUBTERAN

III.1. TUNELURI ŞI METROPOLITANE

III.1.1. Definiţie

Tunelul este o construcţie subterană, destinată să asigure continuitatea unei căi de

comunicaţie în condiţiile în care traseul trece pe sub nivelul terenului, prin straturile de

roci şi pământuri din porţiunea superficială a litosferei.

Fig. III.1.1. Schematizare secţiune în lung.

Dezvoltarea căilor de comunicaţii, mai ales a căilor ferate, a generat dezvoltarea

construcţiei de tuneluri începând din secolul XIX.

De la ce adâncime de debleu se trece la execuţia tunelului rezultă dintr-un calcul

tehnico-economic:

Cd = cost debleu

CT = cost tunel

Cd CT hdcr

Cd > CT TUNEL

hd > hdcr ( pentru o rocă dată) TUNEL

Există şi alte elemente tehnice care pot decide execuţia tunelurilor.

III.1.2. Elementele unui tunel

Intersecţia obţinută cu un plan perpendicular pe axul tunelului, relevă elementele care

alcătuiesc secţiunea transversală a unui tunel.(Fig. III.1.2., Fig. III.1. 3.)

Fig. III.1 2. Elementele unui tunel alcătuit din boltă, zid drept, radier

Dacă tunelurile se execută cu metode moderne, ca metoda scutului, atunci, se adoptă

pentru secţiunea transversală, secţiunea circulară.

Un tunel cu secţiune circulară, se execută de obicei dintr-un inel exterior prefabricat şi

dintr-un inel interior monolit.

Fig. III.1.3. Elementele unui tunel cu secţiune circulară.

Căptuşeala sau structura de rezistenta este destinată să preia încărcările date de

masiv, fără deformaţii menţinând secţiunea liberă a tunelului.

Fundaţiile căptuşelii constituie elementul ce transmite la terenul de fundaţie încărcările

şi împingerile preluate de căptuşeală sub presiunea masivului muntos.

Zidurile drepte (picioare drepte) sunt partea căptuşelii cuprinsă între partea superioară

a fundaţiilor şi naşterea bolţii.

Bolta alcătuieşte partea superioară a căptuşelii şi este cuprinsă între planurile naşterilor

şi cheia bolţii.

Radierul alcătuieşte partea inferioară a căptuşelii şi este cuprins între cele două fundaţii

ale zidurilor drepte.

Prin construcţia sub formă de boltă interioară, ea asigură preluarea presiunilor de jos în

sus, precum şi menţinerea distanţei dintre fundaţiile zidurilor drepte.

Secţiunea liberă interioară constituie secţiunea utilă şi este denumită gabaritul

tunelului.

În fig. III.1.3, este prezentată o secţiune transversală a unui tunel executat cu scutul

(secţiune inelară).

Gabaritul poate fi:

de construcţie – adică conturul transversal limită în plan vertical perpendicular pe

axa tunelului al secţiunii libere interioare.

de circulaţie - adică conturul transversal limită în planul vertical perpendicular pe axa

căii, în interiorul căruia în afară de mijlocele de transport nu trebuie să intre nici o

parte a construcţiei sau a instalaţiilor fixe ale tunelului.

III.1.3. Clasificarea tunelurilor a. După scop (funcţiunea)

tuneluri pentru căi ferate;

tuneluri rutiere;

tuneluri în oraşe (metrouri);

tuneluri apeduct;

tuneluri pentru navigaţie;

tuneluri hidrotehnice;

b. După loc

tuneluri în munte;

tuneluri urbane (metrouri);

tuneluri pe fundul apelor;

c. După forma axei

în plan orizontal - aliniament;

- curbă;

în plan vertical (profil longitudinal) - palier;

- în declivitate ;

d. După forma căptuşelii

clopot;

potcoavă;

ovoidal;

circular;

dreptunghiular;

e. După modul de execuţie

în subteran ;

în tranşee deschisă.

III.2. METROURI

III.2.1. Generalităţi

Dezvoltarea oraşelor mari a necesitat şi dezvoltarea mijloacelor de transport. Suprafaţa

carosabilă a străzilor a devenit insuficientă şi, peste o anumită limită de densitate a

circulaţiei, transporturile pe străzi au devenit nepractice, cu viteze mici şi multe

accidente. Din această cauză, s-a ajuns la ideea construirii unui mijloc de transport

rapid, care să părăsească suprafaţa carosabilă şi să circule în subteran sau deasupra

străzilor.

Trenurilor li s-au dat numele de metrouri după numele primei societăţi care a construit

tunelurile respective şi care a folosit cuvântul grecesc Metropolis (capitală). Printre

primele linii de metrou care s-au construit au fost liniile aeriene. Acestea se execută mai

uşor şi sunt mai ieftine. Dar din cauza zgomotului făcut de circulaţia acestora, s-a trecut

la tunelurile subterane care s-au dezvoltat şi s-au răspândit foarte mult. În anul 1953,

lungimea totală a acestora depăşise 1500 km. Astăzi, aproape în toate oraşele

mari(oraşe cu peste 1.000.000 de locuitori), există metrouri sau s-a început execuţia la

aceste lucrări subterane.

Necesitatea metroului este determinată de mărimea oraşului, de numărul de locuitori,

de gruparea lor în oraş etc. Reţeaua metroului se stabileşte în funcţie de fluxul de

călători pe arterele principale, de punctele principale de legătură (stadioane, grădini

publice, teatre, puncte aglomerate etc.), ţinându-se seama de planul de sistematizare al

oraşului. Asupra costurilor intervine şi natura pământului străbătut de metrou. La studiul

liniilor de metrou se ţine seama şi de racordarea lor cu liniile ferate exterioare ale

oraşului. Se recomandă ca accesul în staţiile metroului să pornească chiar de pe

peroanele staţiilor de transbordare a liniilor ferate exterioare.

Pentru determinarea metodelor de lucru se întocmeşte un studiu geotehnic amănunţit al

subsolului oraşului. În funcţie de adâncimea construcţiei se determină şi secţiunea

transversală a metroului. La tunelurile de suprafaţă se foloseşte metoda de construcţie

a tranşeei complet deschisă sau parţial descoperită, în acest caz, secţiunea

transversală este de formă dreptunghiulară şi cuprinde cele două linii ale metroului. În

cazul tunelurilor de adâncime şi de mare adâncime, secţiunea transversală este

circulară, metoda scutului fiind obligatorie. Se execută două tuneluri pentru cele două

direcţii, deoarece un singur tunel pentru două linii de circulaţie creează porţiuni

nefolosite din secţiunea utilă a tunelului, şi anume la segmentele de sus şi jos.

Avantajele importante pe care le aduce construcţia metrourilor în marile oraşe sunt:

viteza mare de transport care se poate dezvolta în oraşe nu poate fi atinsă de

nici un alt mijloc de transport în comun;

programul de mers se poate respecta fără dificultate, deoarece nu sunt traversări

de nivel şi nici alte obstacole;

variaţiile atmosferice nu împiedică deloc circulaţia;

vagoanele au o mare capacitate de transport.

Construcţia metrourilor are însă şi un mare neajuns: investiţia iniţială este costisitoare.

III.2.2. Staţiile de metrou

Staţiile de metrou diferă de staţiile de cale ferată: în ele nu se fac nici traversări, nici

alimentări de locomotive. Distanţa între staţii variază în funcţie de zona în care este

construit metroul şi de importanţa punctelor pe care le leagă. Astfel, în zona centrală

a oraşului, această distanţă coboară la circa 500m, pe când la periferie ea se

măreşte, uneori trecând de 1,5 km.

Ca şi lungime şi lăţime, dimensiunile staţiilor au variat foarte mult şi nici cele la care

s-a ajuns azi nu sunt definitive. Primele staţii de metrou aveau lungimi mici, de câţiva

zeci de metri, necesare primirii unor trenuri formate din 2-3 vagoane. Creşterea

lungimii trenurilor şi necesităţile exploatării au cerut mărirea lungimii staţiilor la cel

puţin 100m, multe din ele atingând 150m şi câteva chiar 200m. Lăţimea staţiilor a

variat şi ea. La început, când numărul călătorilor era mic, lăţimea a fost mai mică. Cu

timpul, odată cu creşterea numărului de călători, a trebuit ca această lăţime să se

mărească, atât pentru a evita înghesuiala şi accidentele, cât şi pentru a face staţiile

cât mai atractive.

Sunt preferate staţiile de mică adâncime, deoarece accesul la ele este mai uşor. Sunt

cazuri, însă, în care natura pământului şi diferitele instalaţii orăşeneşti impun

construcţia staţiilor la mare adâncime. Un studiu amănunţit hotărăşte amplasarea lor.

Adâncimea variază de la circa 1,50m de la partea superioară a tunelului şi până la

suprafaţa carosabilă, în unele cazuri, până la circa 60m. Pentru liniile duble, staţiile

se împart, în general, în două categorii şi anume: staţii de tip insular şi staţii cu

peroane laterale.

Staţiile de tip insular. Sunt acele staţii la care peronul este central iar cele două linii

îl înconjoară (fig. III.2.1.). Ele au avantajul că publicul călător ajunge pe peronul

central şi poate lua uşor metroul în direcţia în care are nevoie. Întrucât exploatarea

este mai uşoară, acest sistem de staţii este cel mai răspândit.

Fig. III.2.1. Staţie de tip insular.

Staţiile cu peroane laterale. La aceste staţii peroanele sunt laterale faţă de grupul

celor două linii paralele (fig. III.2.2.). Traseul liniilor nu este deviat, pentru a se înscrie

lângă peron. Fiecare călător trebuie să fie atent de la intrarea în staţie pentru a şti la ce

peron trebuie să ajungă. Staţiile cu patru linii se grupează la fel, în staţii insulare (fig.

III.2.3.) şi staţii cu peroane laterale (fig. III.2.4.).

Fig.III.2.2. Staţie cu peroane laterale.

Fig.III.2.3. Staţie de tip insular cu linii cvadruple

Fig.III.2.4. Staţie cu peroane laterale, cu linii cvadruple.

Fig.III.2.5. Secţiunea transversală a unei staţii de metrou cu căptuşeala din beton, cu o singură deschidere, întrebuinţată obişnuit Ia metroul din Paris.

Tunelurile pentru staţii sunt mai mari decât acelea pentru linia curentă. Ele sunt

realizate cu o singură deschidere, cu două sau trei deschideri, atunci când se doreşte

să se dea acestei construcţii o anumită înfăţişare. Tunelurile pentru staţii se execută din

beton, beton armat sau metal (tubinguri metalice) şi în mai mică măsură din zidărie de

piatră.

Staţiile de metrou cu o singură deschidere (cu o boltă). Se execută mai mult cu

metode miniere deoarece nu este practic să se realizeze scuturi de această formă. În

special, staţiile vechi s-au realizat cu o singură deschidere. La metroul din Paris sunt

unele staţii de acest tip (fig.III.2.5.). Ele au o grosime la boltă de 0,70m şi la radier de

0,50m. La aceste staţii zidurile drepte ajung la 2,00m grosime. Lăţimea totală a staţiei

este de 14,14m. Este o staţie cu peroanele laterale.

Fig.III.2.6. Secţiunea transversală a unei staţii de metrou, cu o singură deschidere, cu căptuşeală din tubinguri metalice.

Figura III.2.6. ne arată secţiunea transversală a unei staţii de metrou cu bolta executată

din tubinguri metalice. Lăţimea staţiei este de 17m. Bolta s-a realizat cu ajutorul

semiscutului, sprijinit pe două reazeme de beton construite cu scuturi circulare. Staţia

prezintă avantaje în construcţie şi este de tip insular.

Staţiile de metrou cu două deschideri (cu două bolţi). Acestea sunt mai bune

pentru exploatare. Sunt executate fie din beton sau beton armat, fie din tubinguri.

O staţie cu două bolţi executată din beton şi întrebuinţată la metroul din Paris se vede

în fig.III.2.7. Bolţile transversale sunt legate prin bolţi longitudinale. La metroul din

Londra sunt staţii cu două bolţi executate din tubinguri metalice, ca în fig. III.2.8.

Fig.III.2.7.Secţiunea transversală a unei staţii de metrou, cu două bolţi, executată din beton, întrebuinţată la metroul din Paris.

Staţiile de metrou cu trei deschideri (cu trei bolţi). Sunt staţiile cele mai utilizate,

deoarece ele dau posibilitatea unei bune exploatări şi unei mai uşoare amenajări a

instalaţiilor, ele se pretează mai bine la forme arhitectonice reuşite.

Fig.III.2.8. Secţiunea transversală a unei staţii de metrou, executată cu două bolţi, cu căptuşeală din tubinguri metalice, întrebuinţată la metroul din Londra.

În fig. III.2.9 se prezintă secţiunea transversală a primelor staţii de metrou din

Moscova. Acestea au lăţimea totală de 33,00 m şi înălţimea de 9,90m, fiind

executate din beton, cu metode miniere.

Foarte frecvente sunt staţiile formate din trei tuneluri legate între ele (fig. III.2.10) şi

executate din tubinguri metalice. Lăţimea totală a unei staţii este de 31,20m. În mod

obişnuit, sunt de tip insular. Reţelele metrourilor din Moscova şi Londra au asemenea

staţii.

Fig.III.2.9. Secţiunea transversală a unei staţii de metrou, executată cu trei bolţi, realizată din beton.

Fig.III.2.10. Secţiunea transversală a unei staţii de metrou, executată cu trei bolţi, realizate din tubinguri metalice.

Fig.III.2.11. Secţiunea transversală a staţiei Maiakovski, executată din trei bolţi cu căptuşeală metalică. Bolta din mijloc este mai înaltă şi are forma eliptică.

Fig.III.2.12. Racordarea tunelului pentru escalator, la vestibulul de jos al staţiei, prin construirea unui guler de beton armat.

Fig.III.2.13. Vederea unui escalator.

Fig.III.2.14. Staţia Sokolniki. Vedere generală a planului de situaţie.

Cea mai reuşită formă a staţiilor de metrou este aceea în care tunelul central este

mai ridicat decât cele laterale. O asemenea construcţie s-a folosit la staţia

Maiakovski (fig. III.2.11) din Moscova unde bolta centrală reazemă pe bolţile celor

două tuneluri laterale.

Accesul publicului la staţiile din subteran se face cu ajutorul unor benzi rulante, numite

escalatoare. Acestea sunt înclinate faţă de orizontală cu un unghi de 30°. Tunelurile în

care funcţionează escalatoarele sunt uneori greu de executat, din cauza circulaţiei din

zonă, a instalaţiilor orăşeneşti existente etc. În mod obişnuit, tunelul escalatorului se

leagă de vestibulul de jos al staţiei cu ajutorul unui guler de beton armat (fig. III.2.12.).

Dacă diferenţa de nivel între staţie şi exterior este de circa 10m, uneori nu se mai

execută escalatoare. La o diferenţă de nivel mai mare de 10 m, construirea

escalatoarelor este obligatorie, în unele ţări, în loc de escalatoare se construiesc

ascensoare. În asemenea cazuri, accesul la staţie nu este practic, deoarece au loc

aglomerări, în fig. III.2.13. se vede un escalator, iar în fig. III.2.14. se arată un plan de

situaţie general, cu amplasarea escalatorului faţă de staţie.

Fig.III.2.15. Staţie de metrou pentru adâncimi mici - secţiune transversală

Fig.III.2.16. Staţie de metrou - secţiune transversală: 1.Hol de la intrare subteran cu case de bilete, 2.Magazin cu băuturi răcoritoare, 3.Zone de verificat biletele, 4.Scară rulantă, 5. Platformă, 6.Camera maşinilor pentru scara rulantă, 7.Camera macazului electric, 8.Magazin pentru servicii de întreţinere, 9.Zona pentru pompele de drenaj şi staţia de pompare, 10.Metroul.

Câteva dintre lucrările remarcabile executate în ultima perioadă, sunt prezentate în cele

ce urmează.

Fig.III.2.17. Eurotunel (Franţa-Anglia).

Fig.III.2.18. Metroul din apropierea aeroportului Ellis Road din Frankfurt

Fig.III.2.19. Metroul din apropierea BAB din Frankfurt

Fotografii cu tuneluri:

Fig.III.2.20. Staţie de metrou.

Fig.III.2.21. Tunel secţiune circulară.

Fig.III.2.22. Tunel secţiune circulară.

Fig.III.2.23. Tunel secţiune circulară.

.

Fig.III.2.24. Traseul Tunelului Mont Blanc şi linia de teleferic dintre Italia şi Franţa.

Fig.III.2.25. Telefericul Mont Blanc.

Fig.III.2.26. Portalul Italian al Tunelului Mont Blanc.

Fig.III.2.27. Portalul francez al Tunelului Mont Blanc.

III. 3. SUBTRAVERSĂRI URBANE

III.3.1. Noţiuni generale

Pentru a fluidiza circulaţia vehiculelor în marile oraşe, este necesar a realiza

separarea traficului pietonal de cel stradal, al vehiculelor (autoturisme, autobuze,

troleibuze, tramvai, etc.)

Subtraversările sunt necesare acolo unde traficul de perspectivă (15 ani) se

preconizează la 7000 de pietoni, respectiv 3000 de vehicule etalon pe oră de vârf.

Dimensionarea spaţiilor în subtraversări se face ţinând seama de anumite reguli:

pentru o bandă de circulaţie este necesar 0.75 m, dacă se consideră

3000 de pietoni/oră;

lângă pereţi trebuie păstrată o bandă de siguranţă de 0.30 m;

din exploatare, este necesară o lăţime minimă de 4.00 m;

escalatoarele (acces pe scări rulante, sau scări) trebuie să aibă pe o

direcţie cel puţin 0.75 m la un trafic de 2125 pietoni/oră;

de la 3.00 m lăţime este necesară separarea fluxurilor cu balustradă;

dacă diferenţa de înălţime este mai mare ca 4.00m sunt necesare scări

rulante;

dacă diferenţa de înălţime este mai mare de 7.00 m sunt necesare scări

rulante pe două direcţii;

scările fixe sunt necesare şi în cazul existenţei scărilor rulante;

capacitatea teoretică a scărilor rulante, la o viteză de deplasare de 0.5

m/s este de 7000-8000 pietoni/oră;

dacă viteza de deplasare este de 0.9 m/s, rezultă 9000-10000

pietoni/oră aceste subtraversări pot fi sub formă de culoare fig. III.3.1

sau sub formă de spaţii extinse (hală) de anumită formă fig. III.3.2.

Fig. III.3.1.a.b. Subtraversări sub formă de culoare

Fig. III.3.2.a.b. Subtraversări sub formă de spaţii extinse (hală) de anumită formă.

Sistemul constructiv

Culoarele subtraversărilor se pot executa din beton monolit C30/37 sau din beton

prefabricat C35/45.... C40/50.

În fig. III.3.3. se prezintă un culoar monolit iar în fig. III.3.4. sunt prezentate

elementele prefabricate din care se execută culoarele subtraversărilor.

Fig. III.3.3. Culoar monolit

Fig. III.3.4. Elemente prefabricate din care se execută culoarele subtraversărilor.

Spaţiile mari (halele), sunt executate din fundaţii (dală de fundaţii), pereţi laterali,

stâlpi şi planşee.

Planşeele sunt dimensionate în funcţie de adâncime, traficul care se desfăşoară

peste hală.

Sistemul constructiv depinde de natura terenului în care este executată hala, de

încărcările din trafic, de dimensiunile halei.

Stâlpii de susţinere se pot amplasa la 12÷17m.

Stâlpii sunt de obicei dublu articulaţi şi sunt stâlpi cu armătură rigidă (ţevi betonate).

Scările sunt executate conform fig. III.3.5 şi III.3.6.

Fig. III.3.5. Scări

Fig. III.3.6. Scări

Lângă scări, se prevăd rampele. Profilul în lung al rampelor este prezentat în fig.

III.3.7.

Fig. III.3.7. Profilul în lung al rampelor

La aceste lucrări subterane, o mare atenţie trebuie acordată izolării construcţiei

contra infiltraţiilor de ape. De asemenea, trebuie avute în vedere aspectele estetice

din interiorul subtraversării.

Subtraversarea trebuie să fie o continuare firească a străzii din oraşul respectiv.

Costul orientativ al acestor subtraversări este de 400÷500 Euro/mp, din care 50%

construcţia, 10÷20% finisaje, 15÷25% refacerea sistemului edilitar, 5÷10%

reconstrucţia străzilor.