Тонне'ль, туннель (английское tunnel), горизонтальное или наклонное подземное сооружение , служащее для транспортных целей, перемещения воды, прокладки подземных коммуникаций и т.п. По назначению различают Т. железнодорожные, автодорожные, Т. метрополитенов , на пересечениях в разных уровнях горных дорог и транспортных магистралей (см. Переход пешеходный, Транспортный тоннель ), судоходные тоннели , Т. для нескольких видов транспорта (в одном сечении), гидротехнические тоннели, коммунальные (для городских сетей водопровода, канализации, теплогазоснабжения и др.), специального назначения (входящие в состав подземных сооружений ГЭС, складов, гаражей и т.д.). По местоположению (рис. 1 ) Т. подразделяют на горные (проложенные в горных районах — через хребты, водоразделы и отдельные возвышенности), подводные (см. Подводный тоннель ) и равнинные, или городские (например, Т. метрополитенов).

  Историческая справка. Истоки тоннелестроения уходят в глубокую древность. В Вавилоне, Египте, Греции и Риме подземные работы проводились задолго до н.э. — сначала при добыче полезных ископаемых, сооружении гробниц и храмов, а затем для водоснабжения и транспорта. Дорожные, водопроводные и дренажные Т. сооружались преимущественно сводчатого очертания, в устойчивых скальных породах, без закрепления последних. Проходческие работы велись примитивными орудиями. После падения Римской империи в строительстве Т. наступил период относительного застоя; Т. сооружались преимущественно в военных целях. В конце средних веков в связи с расширением международных торговых связей началось строительство судоходных Т., соединявших водные пути сообщения. Предпосылкой к этому явилось применение чёрного пороха для взрывания скальных пород. Первый железнодорожный Т. (длина 1,19 км ) был построен в Великобритании на линии Ливерпул—Манчестер в 1826—30. Изобретение пироксилина и динамита, а также успешное применение в горном деле бурильных машин обеспечили возможность сооружения больших альпийских Т. между Францией, Италией и Швейцарией. До начала 1-й мировой войны 1914—18 было построено 26 Т. длиной более 5 км каждый, в том числе Симплонский Т. длиной около 20 км , соединивший Италию со Швейцарией. Среди сооруженных в 1920-х — начале 1930-х гг. выделяются Большой Апеннинский двухпутный железнодорожный Т. на линии Флоренция—Болонья (Италия) длина 18,5 км , а также Ровский судоходный Т. на водной магистрали Марсель—Рона (Франция) длина свыше 7 км . Наряду с горными Т. развивалось строительство и подводных Т., ставшее возможным благодаря применению щитов проходческих (в сочетании со сжатым воздухом) и сборной обделки. Щитовым методом сооружен ряд крупных подводных Т., например под р. Гудзон (США) длина 2,5 км , под Симоносекским проливом (Япония) длина свыше 6 км (1936—41). строительство подводных Т. получило дальнейшее развитие в связи с применением опускных секций длина до 150 м .

  В России первый железнодорожный двухпутный Ковенский Т. (длина 1,28 км ) был построен в 1862. В конце 19 в. сооружено много Т. на железных дорогах Урала, Крыма и Кавказа. Наиболее крупный среди них — Сурамский Т. длиной около 4 км (1886—90). В начале 20 в. был построен ряд Т. в Сибири и на Дальнем Востоке. Значительное развитие тоннелестроение получило в СССР в связи с интенсивным железнодорожным строительством, созданием сети ГЭС, сооружением метрополитенов и объектов городского подземного хозяйства.

  Основные элементы тоннелей. Для сооружения Т. необходима выработка — полость, искусственно создаваемая в земной коре в один или несколько этапов, начиная со штольни (обычно трапециевидного сечения). В крепких невыветривающихся скальных породах однородного строения выработка Т. может быть оставлена без закрепления, в неустойчивых породах требуется установка временных крепей горных , заменяемых впоследствии постоянной конструкцией — обделкой (монолитной или сборной). Обделка — важнейший элемент Т., образующий его внутренную поверхность, воспринимающий горное давление и обеспечивающий защиту Т. от подземных вод. Головная часть (или входной участок) Т. называют порталом; он обеспечивает устойчивость лобового и боковых откосов, так называемой предпортальной выемки, и придаёт архитектурное оформление входу в Т. Для защиты от затопления входных участков подводных Т., а также в горных условиях применяют рампу — железобетонную конструкцию корытообразного сечения.

  Проектирование трассы тоннеля. Глубина заложения Т., его длина, расположение в плане и профиле, форма поперечного сечения зависят от назначения Т., топографических, геологических и климатических условий. При проектировании и сооружении Т. выполняют комплекс геодезических работ по выбору и закреплению оси Т. в плане и профиле, по вычислению её геометрических элементов, перенесению этой оси внутрь выработки, по определению длины оси и разбивке поперечных сечений Т. По трассе Т. проводят инженерногеологические изыскания для установления геологического строения прорезаемого горного массива, характера напластований, степени устойчивости и физико-механических свойств горных пород, гидрогеологического режима и химического состава подземных вод, наличия газов, температуры в выработке, ожидаемого горного давления и т.д. Эти данные получают на основе проведения геологоразведочных работ и гидрогеологических исследований при помощи скважин, геофизическими методами и, в отдельных случаях, по результатам разведочных выработок.

  В плане Т. может быть расположен (полностью или частично) на прямой и на кривой. Строительно-эксплуатационными преимуществами обладают Т., располагаемые на прямых, так как при трассировании Т. на кривых существенно возрастает объём выработки, усложняются работы по возведению тоннельных конструкций и ухудшаются условия вентиляции и видимости в Т. В ряде случаев (например, при развитии железнодорожной линии внутри горного массива) строят петлевые и спиральные Т.

  Продольный профиль Т. может быть одно- и двускатным (с уклоном в обе стороны от середины Т.). По условиям водоотвода расположение Т. на горизонтальных участках не допускается. При большой длине Т. и его расположении на кривых требуется снижение уклона пути.

  Материал и конструкции тоннелей. Основным материалы для возведения тоннельных обделок — монолитный бетон, монолитный и сборный железобетон, чугун и сталь. Их выбор производится в зависимости от условий района строительства и способа тоннельных работ. Монолитный бетон и железобетон применяют главным образом при прокладке Т. в труднодоступных районах (где создание производственной базы для изготовления сборных конструкций экономически нецелесообразно), а также в мягких и слабых породах, требующих возведения тоннельных обделок по частям. Применение сборных обделок, состоящих из элементов заводского изготовления (чугунных тюбингов , железобетонных блоков сплошного или ребристого сечения и др.), обусловлено повышением скоростей проходки Т. и ростом производительности труда.

  Конструктивная форма обделки и её поперечное сечение определяются геологическими условиями и направлением действия на неё основных нагрузок. В слабых водоносных породах и при большом гидростатическом давлении рациональна обделка кругового очертания; в устойчивых породах, при преобладании вертикальных нагрузок — обделка подковообразной формы наиболее полно отвечает требованиям габарита приближения строений.

  Расчёт конструкций тоннелей. Обделки Т. рассчитывают на наименее выгодные, но реальные сочетания нагрузок и воздействий — основных (действующих на обделку постоянно или регулярно, например горного давления), дополнительных (действующих кратковременно или периодически) и особых (главным образом сейсмических). Горное давление определяют на основе теоретических предпосылок (с учётом сводообразования, массы «столба породы» и др. факторов) или по результатам инструментальных измерений в готовых выработках. Расчёт обделок производится по предельным состояниям — на основе методов строительной механики , упругости теории и механики грунтов . При этом учитывается совместная работа обделки и породы как единой упругой системы. Расчётная схема обделки выбирается в соответствии с характером конструкции и окружающих пород, а также в зависимости от условий работ (на всех стадиях их выполнения обделка в целом или её отдельной части должны обладать достаточной прочностью и устойчивостью). Проверку прочности предварительно заданных сечений бетонной и чугунной обделок производят по несущей способности, в соответствии с требованиями строительных норм и правил .