На протяжении сорокатрёхлетнего периода строительства Московского метро вводу каждой новой линии предшествовали исключительно сложные инженерно-гидрогеологические условия, сложность городской застройки. Из года в год многотысячный коллектив Метростроя решал всё новые задачи организации и технологии сооружения тоннелей и станций метрополитена, искал новые методы производства работ, применял новые конструкции, механизмы, материалы. Словом, уверенно шёл по пути технического прогресса.

Сравним два периода - 1935 год, когда было завершено строительство первой очереди Московского метрополитена протяжённостью 11,6 км с тринадцатью станциями при численности коллектива строителей более шестидесяти тысяч человек, и 1975 год, когда а эксплуатацию сдаются две линии Краснопресненского радиуса и ЖКД общей протяжённостью 12,5 км, с семью станциями, а коллектив насчитывает всего десять тысяч человек. Заметим, этот же коллектив ведёт строительно-монтажные работы ещё на двух новых радиусах - Рижском и Калининском - общей протяжённостью 20 километров. Секрет простой - квалифицированных кадров, накопивших огромный опыт строительства тоннелей и станций, становится всё больше, и это позволяет метростроителям достигать всё более высокого технического уровня.

Начальный период метростроения характеризуется применением горных способов работ с использованием традиционных методов возведения тоннельных сооружений при строительстве железнодорожных тоннелей и различного рода подземных выработок в горной промышленности. Эти методы основаны на разработке породы и возведении тоннельных обделок из монолитного бетона по частям (способы работ бельгийский, германский, австрийский и т. п.).

Технический прогресс в тоннельном строительстве на Московском метрострое легко проследить, рассмотрев методы работ и виды конструкций при возведении шахтных стволов перегонных тоннелей, станций и эскалаторных тоннелей .

Шахтные стволы

Проходка шахтных стволов велась поначалу главным образом с применением деревянной крепи, основанной на использовании в качестве опорных венцов металлических составных колец из швеллеров с затяжкой их косой или прямой забивной крепью из досок. Применялась также опускная крепь с металлической ножевой частью и с возведением на ней железобетонной монолитной крепи ствола. Был применён и кессонный способ: в днище ствола на глубине, где залегал горизонт слабых водонасыщенных грунтов, устанавливалась железобетонная плита (потолок кессона), под которую подавался сжатый воздух; в этой зоне и велась разработка породы с последующим возведением бетонной обделки ствола.

Применялась также опускная кессонная крепь с возведением обделки на «потолке» кессона. Проходка почти всех стволов, сооружавшихся на первой очереди, сопровождалась значительными осадками поверхности и деформациями зданий вблизи шахт. В связи с этим было начато освоение нового способа проходки с применением искусственного замораживания грунтов. Этот способ был успешно осуществлён около Красных ворот (ныне Лермонтовская площадь). Обделка первого такого ствола была выполнена из монолитного железобетона, который укладывался с применением электроподогрева.

В последующем проходка шахтных стволов способом замораживания получила широкое распространение.

При проходке одной из шахт, расположенной вблизи от Москвы-реки, строители встретились с большими трудностями: произошёл прорыв подземных вод, приток которых составлял свыше 1000 м³ в час. Тут контурное замораживание грунтов было усилено - заморозили и ядро ствола, а затем успешно соорудили его.

В дальнейшем при строительстве шахт Рижского радиуса замораживание грунтов на полную глубину ствола производилось неоднократно: строители знали - им придётся пересекать зоны обильно обводнённых трещиноватых известняков. При проходке четырёх шахт на этом радиусе были достигнуты максимальные скорости - стволы прошли за 1-1,5 месяца. В период замораживания грунтов на шахтах возводился постоянный надшахтный комплекс и армировка стволов, что позволяло немедленно начинать проходку основных выработок. На этих шахтных стволах были впервые применены и механизированные поверхностные эстакады, позволившие устранить ручной труд на всех основных операциях по приёму из шахты породы и доставке к забоям материалов.

Одним из интересных новшеств было бурение шахтных стволов. Не менее интересны и новые способы стабилизации грунтов, окружающих выработку. Так, например, на шахте 502 была проведена цементация пород из ствола через специально пробуренные в толще известняков наклонные скважины с устройством железобетонной подушки в стволе. Давление раствора подняли до 15-20 атм. Дальнейшая проходка шла с незначительным притоком воды. (Первоначальный приток составлял 500-600 м³ в час). При сооружении станции «Фрунзенская» была применена битумизация пород при помощи нагнетания битума, нагретого до 175-220 °C под давлением 80 атм. Битум нагнетался в заранее пробуренные из ствола скважины, также с устройством железобетонных днищ. После этого проходка шла в сухих породах. При проходке ряда других шахт применялись механизированные погрузчики породы типа БЧ-1, а монтаж обделки стволов (к тому времени все стволы сооружались с чугунной обделкой) вёлся при помощи механизированных устройств на подвесном полке.

Много нового появилось и в обустройстве надшахтных сооружений. Так, на первой очереди все надшахтные копры и эстакады сооружались только из дерева. Впоследствии, как шахтные копры, так и бункерные и тельферные эстакады стали делать из сборных инвентарных металлоконструкций, изготовленных в заводских условиях; в эти конструкции также неоднократно вносились усовершенствования. Шахтные копры, например, стали сооружаться из чугунных тюбингов, конструкция которых являлась как бы продолжением шахтного ствола и возвышалась над поверхностью на 14-15 м. Вместо бункерных эстакад, где разгрузка вагонеток производилась вручную, стали применяться круговые механизированные опрокиды с автоматизацией подачи вагонеток от ствола к шахтным клетям. Позже опрокиды оснастили механизмами для очистки вагонеток от породы. Вместо сооружаемых на каждой шахте станционных тельферных эстакад, появились козловые краны грузоподъёмностью 10-15 тонн.

Способы проходки стволов продолжали совершенствоваться. Одним из новшеств можно назвать проходку шахтных стволов в неустойчивых породах с тиксотропной рубашкой. При этом способе, благодаря использованию грейфера для разработки породы в неустойчивых грунтах и заполнению шахтного ствола тиксотропной жидкостью (это удерживает стенки от обрушения) в забое исключается ручной труд. В качестве жидкости - пригруза используется раствор бентонитовой глины. Существенным преимуществом этого способа является отсутствие осадок поверхности, прилегающей к стволу: тиксотропная жидкость становится временной крепью. Вслед за разработкой породы, при помощи системы домкратов, опорой для которых служили металлические конструкции, укреплённые в воротнике - форшахте ствола, опускалась тюбинговая крепь. Наращивание крепи производилось сверху на ранее уложенные кольца. Проходка велась по принципу опускной крепи, трение которой о грунт исключалось, так как стенки ствола соприкасались с тиксотропным раствором. Проходка шахт этим способом резко уменьшила трудовые затраты и стоимость работ, а также значительно ускорила темпы.

Проходка перегонных тоннелей закрытым способом

Монтаж первого проходческого щита

Первопроходчица Маруся Агеева

Начиналась проходка перегонных тоннелей исключительно горным способом с разработкой породы по частям и с применением в большинстве забоев опёртого свода (бельгийский способ). В отдельных случаях при наличии слабых горных пород (особенно в нижней части сечения) применялись опорные стены (германский способ). Оба способа очень трудоёмки и требуют применения только ручной разработки породы. Но в 30-е годы у нас и не было иных механизмов кроме отбойных и бурильных пневматических молотков. Крепление выработок было исключительно деревянное. Разрабатывались они так: сначала проходили нижние штольни, потом верхние, с последующим раскрытием калотт и бетонированием сводов (при бельгийском способе).

Бетонирование сводов производилось вручную с подъёмом бетона в бадьях ручной перекидкой и трамбованием смеси в деревянных кружалах и опалубках. Погрузка тоже шла только вручную. Затем начинались гидроизоляционные работы с устройством железобетонной рубашки.

На одном из участков у Красных ворот, сооружавшемся горным способом, в выработках оказались водоносные неустойчивые породы. В связи с этим здесь, в двухпутном тоннеле, был использован кессонный способ проходки при горном способе работ. Около Каланчёвской (ныне Комсомольской площади) сооружение двухпутного тоннеля длиной 75 метров велось при помощи опускных кессонов. На их металлоконструкциях на поверхности были сооружены участки железобетонных отрезков тоннелей длиной по 25 м каждый (3 тоннеля). Для ускорения опускания кессонов под их «потолком» производилась подработка грунта по контуру кессонов, а когда кессон достигал слабых водонасыщенных пород, в него нагнетали сжатый воздух. Вода отжималась, и разработка породы продолжалась до тех пор, пока кессон не опускался до нужной отметки.

Кессонный способ был применён и на некоторых других участках первой очереди.

Первая проходка перегонных тоннелей со сборной железобетонной обделкой также была осуществлена под сжатым воздухом на участке «Проспект Маркса» - «Дзержинская» . Здесь в одном из тоннелей проходка шла при помощи щита, приобретённого в Англии, а в параллельном тоннеле двигался вперёд первый отечественный щит. Внутри блоков сборной железобетонной обделки (состоявшей из 10 элементов) после предварительной гидроизоляции поверхности блоков сооружалась железобетонная рубашка.

Опыт, накопленный при освоении первой щитовой проходки, послужил основой для дальнейшего широкого применения этого метода на всех последующих очередях строительства. Так, например, все перегонные тоннели глубокого заложения на второй и третьей очередях сооружались исключительно щитами. Порода разрабатывалась буровзрывным способом, а в мягких породах (юрская глина, суглинки) вручную, отбойными молотками.

Основными породоуборочными механизмами были скреперные установки. Порода убиралась из зоны забоя скреперным ковшом и по металлическому желобу транспортировалась в вагонетки ёмкостью 0,75 м³.

На некоторых шахтах применялась комплексная механизация всех процессов сооружения тоннелей, позволившая впервые осуществить поточную организацию работ. Здесь были механизированы процессы работ в прищитовой зоне, устройство, вслед за проходкой, жёсткого основания под пути, гидроизоляция.

При сооружении перегонных тоннелей щитовая проходка, как правило, велась с предварительной проходкой передовых штолен, которые использовались для откатки, вентиляции, водоотвода и крепления в них блоков для скреперных установок. Монтаж обделки производился рычажными тюбингоукладчиками (эректорами), сболчивание - ручными гаечными ключами, гидроизоляция швов - асбоцементным шнуром в свинцовой оболочке при помощи пневматических чеканочных молотков, с последующим заполнением швов цементной замазкой. Все ранее установленные при проходке монтажные болты заменялись новыми с гидроизоляционными асбобитумными шайбами. Конструкция обделок состояла из тюбинговых чугунных колец Д-6,0 м при ширине кольца 0,75 м и весе обделки 9,5 тонны на 1 м тоннеля. В дальнейшем применялись тюбинги в 1,0 м шириной, вес их составлял около 7,4 тонны, а количество болтов уменьшилось с 169 до 139 штук.

Затем строители получили ещё более облегчённые тюбинги весом 5,4 тонны с уменьшением внешнего диаметра обделки до 5,5 м. В последнее время применяются тюбинги весом 4,8 т на 1 м тоннеля.

Наиболее тяжёлыми для проходки были участки перегонных тоннелей под Москвой-рекой и на отрезках трассы, соединявшихся с участками открытого способа, когда надо было пересекать слои неустойчивых обводнённых пород. Приток воды на подречных участках обычно составлял свыше 150-200 м³/час, а иногда доходил до 500 м³/час и даже больше. Тогда применялась предварительная цементация пород, через специально пробуренные скважины впереди и по контуру забоя.

Позже проходка перегонных тоннелей в устойчивых породах стала вестись без щитов с разработкой забоя на полное сечение буровзрывным способом, причём вместо огневого производилось групповое электровзрывание; бурились шпуры электробурами.

Откатка породы повсеместно была переведена на электровозную. Ёмкость вагонеток увеличилась до 1,5 м³. Погрузка породы велась при помощи породопогрузочных машин - вначале типа ПМЛ-3 и ПМЛ-5, а в дальнейшем и более производительных ОМ-510 и ППМ-4 м. За последние годы начато применение породопогрузочных машин ППН-1с.

Для монтажа обделок тоннелей стали применяться более совершенные тюбингоукладчики - на шагающем ходу и оснащённые защитой от взрыва. Для сболчивания появились пневматические сболчиватели.

При сооружении тоннелей в малообводнённых породах стала применяться обделка из сборного железобетона без устройства гидроизоляционной рубашки и с плоским лотком. Такой же плоский лоток, но в сочетании с чугунной обделкой, применён на многих участках - он полностью исключил работы по очистке лотка от породы и заменил устройство жёсткого основания под пути.

При проходке тоннелей в устойчивых породах на Мосметрострое был применён механизированный проходческий щит типа 105. Они достигли максимальной скорости проходки - 200 м в месяц - и сократили трудовые затраты в 3-4 раза.

В последние годы в окраинных районах города получило развитие строительство тоннелей мелкого заложения, значительно более экономичное. Частично тоннели стали сооружаться открытым способом, а на отдельных участках появились так называемые «вылетные линии», сооружаемые по поверхности земли между ограждениями.

Переход на мелкое заложение определил дальнейшую тенденцию и в сооружении перегонных тоннелей закрытым способом (так называемый «московский способ»), и в строительстве станций открытым способом, в котлованах.

В связи с этим изменилась вся технология проходки. Снова появились обычные проходческие щиты, но реконструированные с дополнительными горизонтальными рассекающими забой площадками, способствовавшими удержанию лба забоя в неустойчивых породах. Это позволило почти полностью отказаться от деревянного крепления и разработки забоя ручным инструментом. Щит при передвижке врезается в грунт, который ссыпается с площадок к лотку тоннеля, а оттуда убирается породопогрузочными машинами типа ППМ-4. При такой технологии работ скорости проходки резко возросли, достигнув в среднем 200-220, а максимально 430 метров в месяц.

В последние годы были применены новые проходческие агрегаты, специально приспособленные для песчаных пород - механизированные щиты типа ЩМ-17 и ТЩ-Б. При этом на первом из них впервые в неустойчивых грунтах была применена обделка, обжимаемая в породу, что значительно уменьшает осадки поверхности и исключает нагнетание за обделку. На щите ТЩВ была применена монолитно-прессованная бетонная обделка. Она позволила отказаться от нагнетания и чеканки швов; при этом соответственно уменьшились осадки поверхности. Снижение величины осадок позволяет в отдельных случаях избежать перекладки и переустройства городских подземных коммуникаций, которые часто являются серьёзным препятствием для работы тоннелестроителей. При проходке на мелком заложении, когда тоннели пересекают различного рода сооружения, тоже достигнут значительный прогресс.

Широко применяется проходка под действующими магистралями продавливанием щитовой крепью без нарушения движения на этих магистралях. На некоторых участках применялись также уникальные решения, как, например, при проходке под каналом им. Москвы, где в грунт дна канала были уложены секции из труб с подводкой к ним замораживающего раствора. В результате участок канала, находящийся непосредственно над тоннелем, был отлично проморожен и проходка под ним велась обычным щитом.

Таким образом общая тенденция, определяющая развитие техники на проходке перегонных тоннелей закрытым способом, направлена на механизированную проходку с применением облегчённой чугунной или сборной железобетонной обделки (с плоским лотком), с дальнейшим её обжатием в породу. На мелком заложении - с расширением применения сборной обжатой обделки, а также монолитно-прессованной -- всё это исключает осадки поверхности.

Открытый способ

В начальной стадии строительства метрополитена в Москве сооружение тоннелей открытым способом велось в котлованах с креплением их металлическими сваями и расстрелами. В некоторых случаях применялось металлическое шпунтовое крепление. На сильно застроенных участках, например, при сооружении тоннелей под старым Арбатом, применялся широко траншейный способ разработки грунта с подводкой стен и укреплением фундаментов зданий, прилегавших к трассе.

Возведение обделок, как правило, велось только из монолитного железобетона в деревянной опалубке. Гидроизоляция осуществлялась наружная, по поверхности шлакобетонных стенок (шуцвандов) из 3-4 слоёв гидроизола, рубероида и пергамина на горячей битумной мастике. Применялась и покровная изоляция по поверхностям лотковой части тоннеля (в последующем закрываемая слоем бетонной конструкции лотка), а также по готовому перекрытию тоннеля. Разработка грунта в котлованах производилась главным образом вручную, с использованием системы транспортёров и землеподъёмников (типа скипов), а так¬е в бадьях с опрокидывани¬м их в деревянные бункера. Потом начали широко применять экскаваторы с ёмкостью ковша от 0,5 до 1,0 м³, с погрузкой грунта в самосвалы (в первые годы у нас были только бортовые автомашины).

При возведении обделок бетон спускали по лоткам и транспортёрам, а также перекидками вручную.

Технология сооружения тоннелей открытым способом тоже менялась. Разработку грунта стали вести только экскаваторами (с бровки котлована или с его дна), которые тут же загружали автосамосвалы. Котлованы часто разрабатывались без крепления стен (с откосами).

При возведении обделок постепенно переходили на сборные конструкции. Сначала только для перекрытий и средних стен, а потом и для боковых стен и для лотка. Обделка собиралась монтажными кранами стрелового типа, грузоподъёмностью до 10 т, с омоноличиванием стыков. Гидроизоляция стала оклеенной - по готовой конструкции стен, перекрытия и лотка - с последующей защитой кирпичной стенкой и слоем гидроизоляции. Сейчас эта оклеечная гидроизоляция из 3-4 слоев гидроизола на горячем битуме заменена более прогрессивной и менее трудоёмкой. Новая гидроизоляция наносится в два слоя без битума, но с оплавлением пропановыми горелками.

Сооружение станций

Сооружение станций глубокого заложения в начальный период производилось горным многоштольневым способом. В верхней зоне сечения тоннелей обычно залегали довольно неустойчивые юрские глины, над которыми были напластования плывунных пород.

Конструкции обделок станций были монолитные, бетонные с внутренней оклеечной гидроизоляцией. Они состояли из трёх параллельных тоннелей, соединявшихся между собой проёмами с устройством мощных бетонных пилонов. На станциях «Охотный Ряд» (ныне «Проспект Маркса») и «Красные Ворота» (ныне «Лермонтовская») были сооружены все три параллельные тоннеля. При этом на станции «Красные Ворота» было высокое горное давление, что значительно осложняло работы. Это же обстоятельство вынудило соорудить две другие станции глубокого заложения - «Дзержинскую» и «Кировскую» - без среднего тоннеля; они были построены лишь недавно, после почти 40-летней эксплуатации этих станций. Станция «Библиотека имени Ленина» сооружалась односводчатой с обделкой свода из бутовой кладки и с возведением её многоштольневым способом.

На строительстве первой очереди метрополитена сооружение станций горным способом было ограничено, так как в то время наша отечественная техника подземного строительства не располагала необходимыми для этого механизмами. И всё же строительство станций, где применялся горный способ, велось быстрыми темпами; их построили за 2-2,5 года. Правда, работало на них одновременно до полутора-двух тысяч человек.

Все станции, сооружавшиеся на второй очереди и позже, возводились уже с применением сборной чугунной обделки. Отечественная промышленность в очень сжатые сроки освоила изготовление чугунных тюбингов.

Инженерно-геологические условия при сооружении станций в большинстве случаев были крайне неблагоприятными. Однако, несмотря на это, сооружение станций велось быстрыми темпами. В период освоения чугунных сборных обделок все станции строились с помощью проходческих станционных щитов Д-9,5 м с обделкой из колец шириной 0,6 м. В устойчивых породах производились буровзрывные работы. Порода убиралась при помощи скреперных установок с погрузкой в вагонетки ёмкостью 0,75 м³. Все станции сооружались с передовыми штольнями, в лотке которых были забетонированы рельсы, служившие направляющими для проходческих щитов. Особенно тяжёлые условия проходки возникли при сооружении станций «Динамо» и «Площадь Революции» . Там сводовая часть залегала в юрских глинах с большим притоком воды. На станции «Площадь Революции», например, пришлось вести проходку с применением кессонного способа и частично в сочетании с замораживанием грунтов через штольни, заложенные над сводом. А на станции «Динамо» с поверхности замораживали сводовую часть по всей длине станции. Станция «Маяковская» тоже сооружалась с замораживанием грунтов в своде.

Конструкция обделок всех станций (кроме «Маяковской») была одинаковой - пилонного типа с 10-12 проходами с каждой стороны. Пилоны возводились путём замены в них породы на бетон. Технология возведения станционных обделок предусматривала первоначальное возведение обычных чугунных тюбингов с последующей их заменой на специальные рамные для обрамления проходов и возведения в них железобетонной рубашки. На станции «Маяковская» сооружалась колонная конструкция, исключавшая устройство проходов с пилонами. Там начали с двух путевых тоннелей, в которых вслед за проходкой устанавливались стальные колонны с прогонами. Затем начиналась разработка сводовой части среднего зала с установкой тюбингов свода и уж после этого разрабатывалось ядро и бетонировался распорный лотковый свод. Для проходки сводовой части тоннеля был применён тогда полущит с тюбингоукладчиком, спуск породы осуществлялся в боковые тоннели по наклонным лоткам. Транспортёры подавали породу в опрокидные вагонетки мкостью 0,75 м³.

По мере освоения техники сооружения станций, в более устойчивых породах сооружение средних тоннелей велось без щитов, горным способом, с разработкой породы на полное сечение или с опережающей калоттой на временном металлическом или деревянном креплении. Так, например, даже станция «Университет» , сооружавшаяся в песках, строилась горным способом с применением пилот-тоннеля.

Следует учесть, что щитовая проходка станций требовала предварительного сооружения монтажных и демонтажных камер для щитов. Проходка этих камер, с возведением в них бетонных обделок, вызывала большие трудности; зачастую необходимость разработки породы значительно выше проектного положения свода приводила к усилению горного давления. Помимо того, возведение этих камер и работы в них по монтажу и демонтажу станционных щитов отнимали много времени. А протяжённость щитовой проходки была невелика - в пределах 130 м.

Позже конструкция обделки пилонных станций была усовершенствована: длину колец увеличили до 0,75 м, вес их облегчили, диаметр уменьшили до 8,5 м. При этом тюбинговую обделку возводили одновременно с установкой обрамления проёмов, конструкция которых тоже была облегчена и изменена в связи с увеличением размера тюбингов. Порода из пилона не вынималась, а оставлялась в целике. Одновременно с разработкой грунта в проходе монтировалась его обделка; по контуру проёма устанавливалась заранее армированная металлическая гидроизоляция из стальных листов, которая являлась одновременно стальной арматурой конструкции. Ширина проёмов была несколько увеличена, а размер пилонов уменьшен (с 3,75 м до 3,0 и 2,25 м). Конструкции станций отличались одна от другой. Так, например, на станции «Семёновская» вместо пилонов установлены металлические конструкции парных колонн. На станции «Павелецкая» применена колонная конструкция, аналогичная конструкции станции «Маяковская». Строительство «Павелецкой» заканчивалось в годы войны. Из-за отсутствия конструкций колонн и прогонов, оставшихся на временно оккупированной территории, станция первоначально была введена в эксплуатацию только с двумя путевыми тоннелями без среднего зала. Впоследствии произвели реконструкцию станции, установили колонны по всей длине и соорудили средний зал. Всё было сделано не прерывая движения поездов.

Оригинальной была конструкция станции «Курская»-кольцевая . Там применили другую обделку колонного типа. Колонны при сближенных тоннелях сделали без сооружения пилонов и проходов. Уникальна по объёму станция «Комсомольская»-кольцевая . Её путевые тоннели Д-9,50 м сооружались щитами, а средняя часть, имея свод Д-11,5, разрабатывалась буровзрывным способом с погрузкой породы экскаватором. В девятой пятилетке сооружена спаренная станция колонного типа «Площадь Ногина» (фактически две станции). Особенностью её конструкции являются металлические колонны, которые как и перемычки между ними, возводились одновременно с проходкой путевых тоннелей. Уже после этого приступали к разработке средней части станции с одновременным монтажом в ней перемычек. Характерно в этой конструкции использование для неё тюбингов перемычек пилонных станций, что позволило ограничиться изготовлением только стальных сварных конструкций колонн. Сейчас эта конструкция станции усовершенствована и воплощается на строящихся станциях «Пушкинская» и «Кузнецкий Мост» . Средний свод поднят на 1,5 м, а расстояния между колоннами увеличены до 5,25 м. При монтаже обделки этих станций широко применялись тюбингоукладчики, усовершенствованные путём устройства механизма «шагания» для их передвижения и усиления конструкции при монтаже колонн. При проходке станционных тоннелей - она велась уже без передовых штолен - погрузка породы в вагонетки была механизирована с помощью специальных механических поперечных погрузчиков, оснащённых металлическими скребковыми лентами от питателей бункерных эстакад, которые в свою очередь осуществляли передачу породы с забоя к центру тоннеля. Позже погрузка породы велась породопогрузочными ковшевыми машинами ПМЛ-5 и ППМ-4 м, а в последнее время и ПНБ-3к (с загребающими лапами). Иногда в тоннельном забое ставились две машины. После завершения сооружения основных конструкций станций поверхность тюбингов первоначально заполнялась бетоном с предварительной чеканкой швов свинцовым шпуром. Однако полной водонепроницаемости обделки при этом достичь не удавалось, в связи с чем было начато применение железобетонных внутренних водозащитных оболочек-зонтов. Вначале эти конструкции были монолитными и бетонировались на месте работ. Потом стали делать асбоцементные сборные зонты, составленные из отдельных плит заводского изготовления. Эти зонты крепили к тюбингам металлическими стержнями и болтами. В некоторых случаях применялись зонты, не требовавшие последующей штукатурки и окраски, как например, зонты с отфактурованной поверхностью, покрытой полихлорвиниловой краской на станции «Спортивная» , или зонт из двух элементов, состоящих из стеклопласта на станции «Тургеневская» .

На первой очереди внутренняя конструкция станций (платформы, путевые стены, лотки и т. д.) выполнялась только в монолитном бетоне с бетонированием в деревянной опалубке. Позже был осуществлен переход на полносборные конструкции из деталей заводского изготовления для пассажирских платформ, путевых стен и пустотных блоков для кабельных сетей. На некоторых станциях в проёмах были применены защитные стенки из асбоцементных или тонких железобетонных плит. В лотковой и боковых частях тюбинговых обделок уже в последние годы начато применение сборных железобетонных блоков с плоской поверхностью из чугунных плит, исключающих бетонирование ячеек тюбингов с их предварительной очисткой. При архитектурно-отделочных работах на станциях глубокого заложения начали делать крепление мраморных плит «на относе», без заливки раствором, что позволило значительно увеличить пространство проходов на станциях (например, на станции «Октябрьская»-кольцевая).

Сооружение станций мелкого заложения осуществлялось обычно в котлованах со свайным креплением стен. Конструкция обделки станции состояла первоначально из монолитного железобетона и возводилась после предварительного осушения дна котлована и устройства гидроизоляции из 4-х слоёв рубероида и пергамина; их приклеивали горячей битумной мастикой к бетонному слою лотка, уложенному по дну котлована. Как правило, станции имели два ряда колонн, и лишь немногие («Красносельская» , «Сокол») сооружались с одним рядом колонн по центру, а на станции «Аэропорт» вообще нет колонн. Конструкция перекрытий станций выполнялась в виде неразрезных балок. На некоторых станциях были применены «грибовидные» конструкции надколонной части («Сокол», «Автозаводская» , «Кропоткинская»).

При сооружении станций в сильно обводнённых грунтах осуществлялось предварительное водопонижение, на некоторых из них применялось сплошное металлическое шпунтовое ограждение с открытым водоотливом («Комсомольская», «Киевская») и замораживание грунтов за стенками котлована («Киевская»). Разработка грунта велась также как и в сооружаемых перегонных тоннелях. Потом было начато применение экскаваторов. Сейчас экскаваторы используются повсеместно. При разработке грунта на станции «Измайловский парк» была применена гидромеханизация.

Наряду с обычного типа колонными станциями из монолитного железобетона с плоским перекрытием сооружалась однопролётная станция «Аэропорт», решённая конструктивно как неразрезная рама, а затем архитектурно оформленная в виде свода. Станция «Измайловский парк» предназначалась для обслуживания проектируемого спортивного комплекса со стадионом. Поэтому на ней три пути и две пассажирские платформы с двумя рядами колонн и шириной всей станции, увеличенной почти на 30 м.

В военные и первые послевоенные годы строительство линий мелкого заложения было ограничено, и новое развитие они получили в 1956 году, после начала осуществления обширной программы жилищного строительства в периферийных районах Москвы. С этого периода широкое распространение получили сборные железобетонные конструкции станций, строящихся открытым способом; сооружение их велось по одному типовому проекту трёхпролетной схемы с двумя рядами колонн при ширине пассажирской платформы 20 м. Но и этот тип станции со временем был несколько усовершенствован: укрупнены некоторые детали весом до 17 т, расстояние между колоннами в продольном направлении увеличилось до 6-8 м. Некоторые мало загруженные пассажиропотоками станции сооружались с шириной платформы, уменьшенной до 8 м. При сооружении станций из сборного железобетона видоизменилась гидроизоляция конструкций, которая производилась по готовым стенам и перекрытию. Есть станции, которые, как исключение, сооружались с частичным применением монолитного железобетона (например, «Ленинский проспект»), а одна из них - «Ленинские горы» - была размещена в конструкции арочного автодорожного моста через Москву-реку.

Техника монтажа колонных станций открытым способом в настоящее время осуществляется с применением крупногабаритных козловых кранов типа ККТС-20 с пролётом 40 м и грузоподъёмностью 20 т - они заменили ранее использовавшиеся 10-12-тонные. Все внутренние конструкции станций (платформенные стены, пассажирские платформы, лестницы) выполняются только в сборном железобетоне. Гидроизоляционные работы (как и на перегонных тоннелях) ведутся с использованием нового материала - гидростеклоизола. Для отделочных работ находят применение и такие новые материалы, как ситалл, пластики и т. п.

Общее направление дальнейшего развития техники при сооружении станций мелкого заложения это, во-первых, переход на большее разнообразие их конструктивных решений, например, однопролётные с плоским или односводчатым перекрытием всего зала, где под одной общей конструкцией по длине станции размещаются все служебные и вспомогательные сооружения. Во-вторых, применение более укрупнённых элементов из сборного железобетона. При конструировании обделок станций должна быть учтена возможность передвижения по станции проходческих механизированных агрегатов, сооружающих перегонные тоннели закрытым способом. Надо максимально применять индустриальные конструктивные детали и панели, исключающие ручной труд на гидроизоляционных и отделочных работах, максимально использовать отфактурованные в заводских условиях элементы.

БАМ. Эта аббревиатура знакома всем без исключения людям старшего поколения. Тысячи людских судеб связаны с ее строительством, а масштабы и продолжительность работ поражают и впечатляют до сих пор, недаром БАМ по праву называют «стройкой века».

Байкало-Амурская Магистраль пролегает по территории Иркутской, Читинской, Амурской области, Бурятии, Якутии и Хабаровскому краю.

Трасса дороги пересекает 11 полноводных рек, семь горных хребтов; более 1 000 км пути проложено в районах вечной мерзлоты, высокой сейсмичности. На трассе дороги пробито восемь тоннелей, построено 142 моста, более 200 железнодорожных станций и разъездов.

Впервые предложения и проекты транспортного освоения Забайкалья и Приамурья появились в первой половине позапрошлого века. Первыми о железнодорожном строительстве в этом районе заговорили сосланные в Сибирь декабристы, среди которых были М. Бестужев, Г. Батеньков, Д. Завалишин.

В 1888 году Русское техническое общество предложило проложить «железную дорогу через всю Сибирь» от Тайшета севернее Байкала, однако непроходимый ландшафт - горные хребты, болота, сотни километров необжитой тайги и тундры, а также сейсмичность и тяжелые климатические условия, - заставили отказаться от этого проекта.

Позже к идее строительства возвращались неоднократно - в 1914 году новую трассу даже прочертили на карте. В 1924-м Совет Труда и Обороны СССР утвердил перспективный план строительства железных дорог страны и в бумагах впервые были обозначены контуры будущего «Второго Транссиба». В 1930 году Далькрайком ВКП(б) направил в ЦК ВКП(б) и СНК СССР предложение о проектировании и строительстве второй транссибирской железнодорожной магистрали с выходом ее к Тихому океану. В апреле 1932 года появилось первое постановление Совнаркома «О строительстве Байкало-Амурской магистрали», утвердившее план строительства БАМа.

Строительство затянулось на долгие десятилетия. Сложнейшие природные и климатически условия требовали новых конструктивных решений, применения современных технологий и самой совершенной техники. Самыми сложными объектам на БАМе стали тоннели и мосты.

ТОННЕЛИ

Байкальский тоннель

Байкальский тоннель - первый на БАМе со стороны запада. Перевальный Байкальский тоннель пересекает одноименный хребет под седловиной перевала Даван на границе Бурятии и Иркутской области в 80 км к западу от Нижнеангарска.

Строительство Байкальского тоннеля началось в 1974 году. На Даванском перевале был высажен десант подготовителей, которые построили поселок Даван, а в 1975 году соорудили временный поселок тоннельщиков Гоуджекит недалеко от восточного портала тоннеля. 15 мая 1975 года был высажен десант комсомольцев Иркутской области, построивший поселок Кунерма и прорубивший просеку к западному порталу Байкальского тоннеля. Первая колонна автомашин пробилась в январе 1976 года в поселок строителей на мысе Курлы через Байкальский хребет со стороны Усть-Кута по зимнику, проложенному бульдозеристами СМП-575. Был открыт путь для грузов от железной дороги в Усть-Куте к Байкальскому тоннелю.

В феврале 1976 года прибыли проходчики и монтажники из Карагандинского спецшахтоуправления. Они начали подготовительные работы к проходке вертикального ствола Байкальского тоннеля. В конце 1977 года был построен поселок Гранитный в 3 км от западного по ртала тоннеля.

Изыскатели и проектировщики определили параметры тоннеля . Ленметрогипротрансом на основании проведенных Сибгипротрансом геологических и гидрогеологических изысканий тоннель был спроектирован общей длиной 6,7 км односкатным с уклоном 13,1 %. Только у входа со стороны западного портала уклон около 1 км чуть уменьшен до 12 %, и у восточного портала он на длине около 400 м сделан 6 %. Тоннель в основном в плане сделан на прямой. Со стороны западного портала по условиям трассирования устроена кривая Р = 600 метров.

Байкальский тоннель - редкий случай, когда при строительстве инженерно-геологические условия оказались благоприятнее, чем в техническом проекте. Грунт был устойчивый, малотрещиноватый; вместо предполагаемых 30 зон разлома оказалось только четыре. Значительно меньше проектных оказались притоки подземных вод. Отдельные прорывы с дебитом 120-130 м ²/ч наблюдались только два раза, в остальных случаях дебит сосредоточенных выходов составлял до 10 м ²/ч.

По проекту сооружение включает в себя два параллельных однопутных тоннеля с расстоянием между осями 30 м и транспортно-дренажную разведочную штольню. В первую очередь сооружался один тоннель, справа по ходу с запада на восток. Опережающим порядком проходили штольню и вентиляционный ствол, который был расположен примерно в середине длины тоннеля .

Для строительства было образовано три тоннельных отряда. Один из них работал с восточного портала, продвигаясь на запад, второй - с запада, двигаясь на восток, а третий начал работу после проходки ствола и двигался от ствола на запад и на восток.

Первыми встретились 1-й и 3-й отряды, произошло это событие - сбойка - 17 апреля 1980 года. Вторая сбойка между 2-м и 3-м отрядами состоялась 27 октября 1980 года.

Проходку основного ствола диаметром 7,5 м начали в мае 1976 года. Таким образом, до приема тоннеля комиссией Министерства путей сообщения во временную эксплуатацию 29 октября 1984 года прошло 100 месяцев - вместо 108, положенных по норме.

Для уточнения инженерно-геологических условий, водоподавления и производства работ по укреплению грунтового массива параллельно тоннелю сооружалась опережающая транспортно-дренажная штольня сечением от 17 до 24 м ², из забоя которой производилось горизонтальное разведочное бурение на глубину до 250 метров.

Проходку штольни вели с помощью буровой рамы «Фурукава» малого сечения с тремя бурильными машинами РД-100. Работы проводили буровзрывным способом на полный профиль. На каждом этапе продвигались в среднем на три метра. Породу вывозили контактными электровозами.

Постоянная обделка штольни на большей протяженности выполнена набрызгбетоном толщиной 12 см по анкерам с сеткой «рабица» или без нее. Набрызгбетон укладывался в три слоя: первый - выравнивающий без крупного заполнителя, второй и третий - с крупным заполнителем.

На припортальных участках обделка железобетонная, по участкам разломов - бетонная.

Проходку основного тоннеля, так же как и проходку штольни, вели буровзрывным способом, с глубиной заходки 3 м на полный профиль с помощью буровой рамы «Фурукава», но только большого сечения. Буровая рама была оснащена шестью бурильными машинами РД-100, а также манипулятором на верхней площадке.

Породу вывозили автосамосвалами в забоях восточного и западного порталов, а в забоях, работающих на ствол, вагонетками с откаткой контактными электровозами.

На восточном и западном порталах на бетонных работах были задействованы бетонные заводы с бетоносмесительными установками периодического действия типа СБ-70, на стволе - с бетоносмесительной установкой непрерывного действия типа С-780. Дальность транспортировки бетона от заводов до порталов не превышала 800 метров.

Бетон доставлялся к месту укладки пневмобетоноукладчиками Screw-crete на автомобильном шасси, со стороны ствола бетон принимали по вертикальному ставу в Screw-crete на рельсовом ходу. Бетон подавался по бетоноводам в механизированные передвижные скользящие опалубки Saga-Koggo, обеспечивающие бетонирование стен и свода тоннеля блоками по 12 метров. В самые напряженные периоды бетонирования было задействовано шесть таких опалубок, темпы достигали 75 м в месяц на одну опалубку.

На трех приобъектных заводах было выработано свыше 175 тысяч м

³ бетона марок 300 и 200, морозостойкости Мрз=300 и водонепроницаемостью В-6. Для приготовления бетона использовали гранитный щебень марок 1 000 или 1 200 в фракциях 5- 40 мм. Карьеры природных материалов были недалеко, на 291-м и 305-м километрах трассы БАМа.

На бетонирование одного блока уходило примерно 200 м

³ бетона. Бетонную смесь уплотняли пневматическими площадочными вибраторами. В массивных участках дополнительно использовали погруженные вибраторы игольчатого типа.

В Байкальском тоннеле очень сложная система вентиляции и подогрева. Впервые на тоннелях России в нем запроектировано шлюзование: поезд подходит к порталу - ворота перед ним открываются, выходит - закрываются. Эта система дает экономию электроэнергии при подогреве тоннеля . Здесь отлажена и действует АСУ ТП (автоматизированная система управления технологическим процессом): через систему датчиков все процессы отслеживаются компьютером. Разработка системы выполнена Новосибирским геофизическим институтом приборостроения СО АН РФ (Сибирского отделения Академии наук Российской Федерации).

Байкальский тоннель был сдан в постоянную эксплуатацию в декабре 1985 года, а движение по байкальскому перевалу было нужно значительно раньше, этого требовал календарный график стройки .

Для этой цели построен временный обход тоннеля , который был пущен для рабочего движения 19 сентября 1979 года. После строительства Байкальского тоннеля обход был оставлен как резервный.

Длина обхода тоннеля составляет 16,2 км, он содержит довольно много искусственных сооружений, сделанных по временной схеме, в том числе мосты и виадуки, некоторые достигали высоты 30- 35 метров.

Обход сделан по облегченным нормам, там строители были вынуждены применить руководящий уклон 40 % и двойную тягу тремя тепловозами ТЭМ-2 железнодорожного состава ограниченного веса до 1 000 тонн. И все же были проблемы на спуске, иногда бывали случаи «разноса» поездов. Полной гарантии безопасности движения достичь не удалось. Окончательно проблему могло решить только окончание строительства Байкальского тоннеля .

В декабре 1984 года началась укладка пути и полотна, в мае 1983 года уложено последнее звено на пути. 29 октября 1984 года комиссия Министерства путей сообщения приняла тоннель во временную эксплуатацию на тепловозной тяге. До декабря 1985 года тоннель доводился до требуемых норм. 31 декабря 1985 года Государственная комиссия приняла тоннель в постоянную эксплуатацию на электровозной тяге.

Мысовые тоннели

Мысовые тоннели стали следующим серьезным строительством после Байкальского тоннеля. Они стали предметом специального разбирательства при выборе трассы на побережье озера Байкал.

Вначале рассматривался Нюрундуканский вариант (по названию реки Нюрундукан) - значительно севернее Байкала, затем - береговой вариант. Преимущественным посчитали береговой вариант.

Были разработаны четыре варианта берегового прохода: низовой, с четырьмя тоннелями без эстакад и виадуков; эстакадный с четырьмя тоннелями и 300 эстакад и виадуков; верховой с тремя тоннелями и 150 эстакад и виадуков; верховой с четырьмя тоннелями и, по-прежнему, с наличием эстакад и виадуков.

Эстакадный, и особенно низовой варианты требовали значительного объема берегоукрепительных работ и были отвергнуты. Для дальнейшей разработки был выбран верховой вариант с четырьмя тоннелями . Все мысовые тоннели - двухпутные, общая протяженность 5 071 метр. Все они находятся на побережье Байкала между Нижнеангарском и Северобайкальском.

В феврале 1978 года тоннельный оряд № 16 (ТО-16) начал строительство мысовых тоннеле й. В ноябре 1986 года было закончено устройство галерей и порталов всех четырех тоннелей .

Инженерно-геологические изыскания всех мысовых тоннелей были выполнены Сибгипротрансом. При строительстве частично выполнялось опережающее разведочное бурение горизонтальных скважин и сооружений тоннелей по частям из-за слабой устойчивости грунтов. Проходка всех четырех мысовых тоннелей осуществлялась буровзрывным способом.

Все мысовые тоннели двухпутные, большого сечения. При таких габаритах имеются трудности при проходе слабых грунтов, в основном участков врезки и тектонических разломов, поэтому был разработан и применен способ проходки под защитой опережающих экранов из труб.

Схема устройства опережающих экранов из труб с использованием буровых рам:

1 — бурильный молоток для бурения скважин; 2 — буровая рама; 3 — арочно-бетонная крепь, возводимая под экраном; 4 — зона разлома; 5 — устойчивый целик грунта; 6 — скважина для образования свода из труб

Опережающий экран из труб был применен при врезке тоннелей № 1, 2 и 4. Портал тоннеля № 4 был расположен в слабоустойчивых грунтах. Забурили 20 скважин длиной 15 м, диаметром 105 мм и установили в них трубы 89 мм. Каждую скважину заинъектировали цементным раствором при давлении до 3 МПа. Расстояние между трубами в конце их составляло от 20 до 70 см. Под защитой экрана удалось без вывалов пройти 12 м тоннеля на полное сечение с арочно-бетонной крепью. Была выполнена врезка со стороны трех порталов и успешно пройдено в сумме 267 м тоннелей .

В дальнейшем такой метод был применен при проходке участков разрушения грунтов, например, тектонических разломов.

Северо-Муйский тоннель

По своей протяженности (15 км 343 м) Северо-Муйский тоннель является самым длинным тоннелем в России и пятым - в мире. По условиям строительства тоннель не имеет аналогов: вечная мерзлота, обилие подземных вод, осыпи, обвалы, тектонические разломы. За период строительства было переработано более 2 млн м ³ грунта, уложено 700 тыс. м ³ монолитного железобетона, смонтировано 70 тыс. тонн металлоконструкций.

Общая длина горных выработок тоннеля - 45 км. Вдоль всей длины тоннеля проходит выработка меньшего диаметра, используемая для откачки воды, размещения инженерных систем и доставки технического персонала. Вентиляция обеспечивается тремя вертикальными шахтными стволами. Безопасность прохождения поездов через тоннель обеспечивают, помимо прочего, системы сейсмического, радиационного контроля. Для поддержания микроклимата в тоннеле на обоих его порталах установлены специальные ворота, открываемые только для прохождения поезда. Инженерные системы тоннеля управляются специальной автоматизированной системой, разработанной в Конструкторско-технологическом институте вычислительной техники Сибирского отделения Российской академии наук.

Технический проект на строительство Северо-Муйского тоннеля был разработан Ленметрогипротрансом. Проходка со стороны западного портала началась в середине 1977 года, со стороны Восточного - в конце 1977 года.

Массив, в котором проходил тоннель , сложен гранитами, которые сильно повреждены тектоническими процессами. Значительная часть тоннеля , практически половина его длины, пройдена по зонам тектонических разломов. В местах разломов породы раздроблены до щебня и песка. Тоннель проходит параллельно северо-западному разлому на малом расстоянии от него, встречая на своем пути много перпендикулярных разломов, которые сильно затрудняют проходку.

Особо тяжелым участком является место, где тоннель проходит под пониженной кровлей скальных пород, над которой залегают слабо сцементированные песчано-глинистые грунты, сильно обводненные, местами совершенно неустойчивые. Этот участок имеет протяженность более 400 м, он расположен в западной части тоннеля . Возможен сильный водоприток при значительном гидронапоре 10-15 атмосфер.

Тоннель неоднократно пересекает зоны разломов, мощность которых от нескольких метров до 100 и более метров. При проходке таких разломов строители могли столкнуться с напором воды до 30 атм., были возможны сосредоточенные прорывы с таким давлением. Температура воды могла быть 25-50 °С. В других разломах по ходу тоннеля термальные воды могли достигать при давлении 10-15 атм. до 60 °С. Сейсмичность по всей длине тоннеля 9 баллов.

Рекомендовалось также при проходке периодически проверять газовый состав воздуха на предмет появления вредных газов. Отмечалась необходимость следить за наличием возможной радиоактивности. На очаги с повышенной радиоактивностью указывало, в частности, наличие термальных вод.

20 сентября 1979 года при проходке штольни произошел непрогнозированный мощный прорыв неустойчивой горной массы. В штольню устремился поток воды, песка , камней под давление более 14 атм. Погибли люди.

Работы были приостановлены до 1981 года. Только 10 октября 1981 года проходка со стороны западного портала была продолжена. Два года ушло на ликвидацию последствий. Было удалено почти 13 тысяч м ³ горной породы, обрушившейся при обвале.

В результате подробного изучения истории тектоники и сейсмики в районе тоннеля выяснилось, что причина выброса - следствие давнего землетрясения, которое «раздавило» реку Ангаракан и заставило ее изменить направление. Возникла плотина, перекрывающая прежнее направление и породившая подземное озеро, которое оказывало гигантское давление на все нижележащие пласты грунта. Забой оказался под этим давлением и «взорвался».

Чтобы продолжить проходку, нужно было убрать давление подземного озера. На это понадобилось примерно два года. Первое время ушло на поиск решения - с таким препятствием специалисты столкнулись впервые. Возникал вопрос о том, чтобы отказаться от проходки Ангараканского разлива и попытаться его обойти.

В конечном итоге было принято решение применить для ликвидации подземного озера хорошо себя зарекомендовавший и неоднократно проверенный метод горизонтального водопонижения. Необычность его применения в данном случае заключалась только в том, что было сомнение: закончится ли когда-нибудь процесс удаления воды, или она будет поступать постоянно.

Была создана мощная дренажная система, состоящая из 256-метровой дренажной штольни и двух десятков скважин с обсадными трубами. С использованием этой системы из Ангараканского «озера» было откачено более 20 млн кубометров воды.

Чтобы представить себе это подземное «озеро», допустим, что его глубина была 140 м (это примерно соответствует начальному давлению воды). При такой глубине его протяженность будет не менее километра.

После устранения опасности со стороны Ангаракана проходка со стороны западного портала была продолжена. Были организованы дополнительные работы по исследованию условий возведения тоннеля . Несмотря на огромную проделанную научную работу, в ходе строительства все равно приходилось встречаться с трудностями, даже происходили аварии при преодолении разломов. Приходилось останавливаться для осушения и укрепления грунтов.

Разломы в общей сложности занимали более 7 км. С некоторым опережением основного тоннеля велась разработка транспортно-разведочно-дренажной штольни. Приближаясь к очередному разлому, из разведочной штольни велась разведочная скважина, иногда на 50- 60 метров вперед.

Тоннелю предстояло преодолеть Перевальный разлом с зоной раздробленных гранитов мощностью 400- 600 метров. Здесь часто встречались зоны дробления, заполненные продуктами физического и гидрохимического выветривания, в частности - глиной. Эти зоны были сильно обводнены.

Для преодоления этого участка был использован метод, освоенный еще при возведении мысовых тоннелей на берегу Байкала. Для Северо-Муйского тоннеля он был модернизирован применительно к местным условиям.

Заключается он в следующем. По контуру транспортно-разведочной скважины или основного тоннеля за пределами их проектного сечения, в основном в верхней части, бурятся скважины, а в них вставляются трубы. Количество скважин, обычно расположенных в два ряда, достигает 47-56. Расстояние между скважинами по контуру - 35 см для верхнего ряда и 33 см - для нижнего. Группа скважин образует как бы свод. Диаметр скважин 89 мм и 165 мм. В пробуренные скважины вставляют стальные трубы диаметром 76, 127 или 146 мм. Важно, чтобы трубы пересекли разлом и были заделаны в противоположный скальный склон. Скважины обычно бурили на толщину 20- 30 метров. В скважины и трубы нагнетали цементный раствор. Задние концы труб установили на стальные арки и омонолитили, образовав арочно-бетонную крепь.

Район Северо-Муйского тоннеля отличается непростой сейсмической обстановкой. Для повышения устойчивости тоннеля на случай землетрясений, как при его строительстве , так и при эксплуатации, было разработано и осуществлено много эксклюзивных конструктивно-технологических решений и мероприятий.

Сейсмостойкая трехслойная обделка

1 - внешний слой армированного грунта, 2 - второй внешний слой из бетона, 3 - внутренний слой с каналами для анкеров, 4 - канал для акера, 5 - анкер.

Разработано и применено комплексное водопонижение, включающее водопонижение через вертикальные скважины, пробуренные с наружной поверхности и водопонижение изнутри с помощью дренажных скважин, пробуренных из выработок. Почти все эти скважины используются постоянно и при эксплуатации тоннеля , для постоянного удаления воды.

Разработано и применено инъекционное закрепление трещиноватых дезинтегрированных грунтов в разломах. В грунты разломов на большую глубину нагнетались твердеющие там растворы. Состав растворов и технология инъектирования позволяли надолго обезопасить разломы так, чтобы не только пройти опасное место, но и использовать заинъектированный массив как составную часть защиты от землетрясений. Этот метод был использован для проходки более полусотни разломов Северо-Муйского тоннеля.

Также было разработано несколько видов тоннельной обделки специально для сейсмической защиты слабых мест.

Первый тип сейсмостойкой обделки предназначен для нетрещиноватых и слаботрещиноватых грунтов. Такая обделка кроме бетонного несущего слоя имеет слой из постепенно твердеющего глино-цементного раствора. Между двумя слоями есть антиадгезионное покрытие. Благодаря этому при сейсмических воздействиях на несущий монолитный слой не передаются сдвигающие усилия.

Обделка № 2 предназначена для скальных трещиноватых и сильнотрещиноватых грунтов. Она состоит из двух слоев: жестко связанного с окружающим массивом грунта слоя, обычно арочно-бетонной крепи, и внутреннего ограждающего слоя. Между двумя слоями есть зазор, исключающий передачу касательных усилий, в результате чего внутренний слой работает только на сжатие и сейсмические волны его обходят. Наружного слоя вполне достаточно для восприятия горного давления. А внутренний слой, обладая необходимой трещиностойкостью, сохраняет гидроизоляционные свойства.

Обделка № 3 предназначена для скальных сильнотрещиноватых и дезинтегрированных сильно обводненных грунтов, находящихся под гидростатическим давлением до 5-6 МПа. Для этих условий разработана трехслойная сейсмостойкая обделка. Она состоит из внутреннего и двух наружных слоев. Первый наружный слой состоит из окружающего тоннель грунта, армированного нагелями, второй - из бетона арочно-бетонной крепи, через который проходят анкера. Внутренний слой сделан с каналами, сквозь которые проходят анкера, выступающие из наружного слоя. Они размещены без сцепления в каналах внутреннего слоя. Зазор между внутренним и наружными слоями заполнен гидрофобным антиадгезионным веществом.

Сейсмостойкие обделки применены не только при строительстве Северо-Муйского тоннеля, но и в других тоннелях БАМа.

В связи со случившейся задержкой строительства Северо-Муйского тоннеля , вызванной сложными инженерно-геологическими условиями трассы, было решено построить обход тоннеля и рассматривать его как второй путь магистрали.

Первый вариант обхода был сооружен в 1982-1983 годах. Крутизна подъемов на нем достигала 40 %, что означало перепад высот в четыре метра на каждые 100 метров пути. По действующим нормативам движение пассажирских поездов на таких уклонах запрещалось, поэтому со стороны Северобайкальска они доходили до станции Ангаракан, а со стороны Тынды - до станции Окусикан. Примерно 20 километров между этих станций пассажиров везли на автомобилях-вахтовках по грунтовой дороге.

В 1985-1989 годах была построена новая обходная ветка, состоящая из многочисленных крутых серпантинов, высоких виадуков и двух петлевых тоннелей (старый обход впоследствии был разобран). Известность получил «Чертов мост» - виадук в крутом повороте на уклоне через долину реки Итыкыт, стоящий на двухъярусных опорах.

Состав был вынужден лавировать между сопками, передвигаясь с максимальной скоростью 20 км/ч и рискуя попасть под сход лавины. На подъемах возникала необходимость толкать составы вспомогательными локомотивами. Участок требовал больших расходов по содержанию пути и обеспечению безопасности движения.

30 марта 2001 года произошла сбойка Северо-Муйского тоннеля на 300-метровой глубине. Открытие Северо-Муйского тоннеля позволило организовать движение по БАМу по кратчайшему пути и в гораздо меньшие сроки. До открытия движения по тоннелю перепробег поездов составлял 33 км, приводя к огромным издержкам. Время в пути по обходному участку составляло 2,5 часа, а дорога через тоннель занимает около 15 минут. Кроме того, эксплуатация Северо-Муйского тоннеля позволила отказаться от двойной тяги. Уменьшилось количество локомотивов, повысился уровень безопасности движения.

Наряду с тоннелем, в рабочем состоянии поддерживается и Северо-Муйский обход - ожидается, что он может быть использован в случае роста грузопотока по БАМу.

МОСТЫ

Малые и средние мосты БАМа

На всем протяжении БАМ мостостроители добивались успеха не только в строительстве больших мостов, но и при возведении малых и средних мостов , а их по числу большинство. В целом по всему БАМу количество малых и средних мостов составляет 91,75 %, а на некоторых участках достигает 95 % от общего количества.

На БАМе особых трудностей с пролетными строениями малых и средних мостов не было. Их изготавливали на заводах, перевозили и устанавливали в пролет почти в готовом виде. А вот опоры мостов , и особенно их фундаменты, вызывали массу проблем.

В условиях вечной мерзлоты нельзя было применять освоенную в обычных условиях котлованную технологию - сделанный фундамент мог либо перекоситься, либо выпучиться.

Всегда у поверхности есть слой вечной мерзлоты, который ежегодно летом оттаивает. Это так называемый сезонный деятельный слой, он составляет обычно 2,5- 3 м, достигая очень редко глубины 4 м там, где есть приток воды или температурные условия позволяют проникать сезонному потеплению глубже.

Там, где есть природная теплоизоляция (мох, торф и т. п.), обычно слой сезонного оттаивания уменьшается.

Если поверхностный слой нарушен, это влечет за собой серьезные последствия, поэтому при устройстве стройплощадки на вечной мерзлоте нужно принимать меры, чтобы не нарушить по возможности природные условия.

Следует учитывать, что летом вечно мерзлый грунт все равно растает на глубину не меньше 2,5- 3 м от новой отметки, к которой строители пришли, готовя рабочие места.

Можно сохранять вечную мерзлоту, насыпая зимой грунт на нужное место. Этим технологическим приемом иногда пользуются, чтобы оборудовать «островок» под кран, либо под буровую установку, сохранив температурный режим вечной мерзлоты.

В нормах предусмотрено два принципа использования вечномерзлых грунтов в качестве оснований для фундаментов мостов:

I - вечномерзлые грунты основания используются в мерзлом состоянии, сохраняемом в процессе строительства и в течение всего заданного периода эксплуатации или сооружения;

II - вечномерзлые грунты освоения используются в оттаявшем состоянии (с допущением оттаивания их в процессе эксплуатации здания или сооружения или с их оттаиванием на расчетную глубину до начала возведения).

При организации работ на вечной мерзлоте всегда следует стремиться к тому, чтобы сохранялись условия, обеспечивающие работу основания фундамента в заведомо мерзлом состоянии. В этом вопросе все зависит от применения конструктивного решения.

Вечная мерзлота может растаять или «поплыть» под влиянием тепла, которое вносится извне.

Описанные выше горные способы работ (опертого свода опорного ядра, раскрытия на полное сечение по частям) являются трудоемкими, поскольку разработку грунта и устройство обделки ведут отдельными частями, а не на все сечение тоннеля.

При этих способах вследствие загромождения сечения тоннеля временным креплением и необходимости возведения постоянной обделки на узком фронте работ возможность применения высокопроизводительной горнопроходческой техники ограничивается, а скорости проходки низкие.

Разработаны новые методы работ, которые позволяют раскрывать сечение тоннеля сразу на возможно больший профиль с установкой временной крепи, не загромождающей сечение, и последующим возведением постоянной обделки на широком фронте. К таким методам относятся:

метод проходки с устройством податливого свода (разработан австрийскими инженерами в середине шестидесятых годов и получил название новоавстрийского);

метод проходки с устройством арочно-бетонной крепи (предложен советскими специалистами);

новый вариант метода опорного ядра.

Метод проходки с устройством податливого свода (новоавстрийский метод). Разработка технологии работ по сооружению тоннеля этим методом исходит из следующих основных положений.

После проходки горной выработки порода в естественном массиве постепенно переходит из упругого состояния в состояние потери устойчивости и далее в неустойчивое состояние. Установка временной крепи во время проходки должна обеспечить устойчивость массива. При этом крепь может работать как жесткая опора для окружающего массива, или как податливая конструкция, допускающая деформации совместно с массивом.

Рис. 118. Сравнение конструкций обделок, выполненных по различным технологиям: а - горный способ; б - новоавстрийский способ; 1 - деревянная затяжка; 2 - стальная арка; 3 - рошпаны (1, 2 и 3 составляют временную крепь, расположенную вне постоянной обделки); 4 - бетонная или железобетонная постоянная обделка; 5 - обратный свод; 6 - несущий породно-анкерный свод; 7 - анкеры (в шахматном порядке); 8 - наружный слой обделки из набрызгбетона толщиной 5-15 см (вместе с анкерами служит временной крепью); 9 - внутренний слой постоянной обделки из набрызгбетона или бетона толщиной 10-35 см

Податливая конструкция крепи дает возможность максимально использовать собственную несущую способность породного массива. При этом крепление выработки следует выполнять как можно быстрее после разработки породы с тем, чтобы эффективно использовать естественную устойчивость породы до перехода ее в неустойчивое состояние. Это достигается путем создания податливого свода состоящего из тонкой оболочки набрызгбетона, плотно нанесенной на породу и армированной (в случае необходимости) сеткой или арками, и слоя прилегающих к этой оболочке пород, включенных в работу свода путем установки в породу системы анкеров различной длины. В таком искусственно созданном податливом своде гибкая оболочка из набрызгбетона воспринимает лишь незначительные изгибающие нагрузки, а слой пород, закрепленный анкерами, принимает на себя основное горное давление (рис. 118).

Возведенное таким образом временное крепление, взаимодействующее с породой и плотно к ней прижатое по всему периметру выработки, искусственно удлиняет время сохранения устойчивости горными породами до тех пор, пока не будет возведена постоянная обделка. При этом сечение тоннеля освобождается, что дает возможность широко применять высокопроизводительные горнопроходческие механизмы, а постоянную обделку можно возводить на значительном удалении от забоя и сразу по всему сечению с использованием механизированной опалубки и бетоноукладочных машин.

При этом методе в ходе проходки необходимо систематически вести контрольные измерения горного давления, нагрузок на крепь и деформаций крепи и массива. Это дает возможность на основании результатов измерений в зависимости от толщины слоя набрызгбетона, длины и диаметра анкеров увеличивать, при необходимости число анкеров и толщину слоя набрызгбетона.

Новоавстрийский метод можно применять в разнообразных и сложных инженерно-геологических условиях (например, в неустойчивых или подверженных пучению породах при проходке горных тоннелей, а также для безосадочной проходки тоннелей метрополитенов).

Новоавстрийский метод дает возможность скоростного и экономичного сооружения тоннелей, поскольку применение податливой крепи и оптимальное использование естественной устойчивости массива позволяют уменьшить металлоемкость временной крепи и толщину постоянной обделки, которую рассчитывают с учетом восприятия горного давления временной податливой крепью.

В благоприятных геологических условиях, например в скальных породах, можно применять только набрызгбетон, оставляя небольшое число анкеров в породе.

Рис. 119. Технологическая схема сооружения тоннеля новоавстрийским методом: 1 - буровой портальный агрегат; 2 - анкеры; 3 - сетка; 4 - слой набрызгбетона; 5 - установка для нанесения набрызгбетона, смонтированная на автомобиле; 6 - тележка с измерительными приборами; 7 - механизированная опалубка, 8 - постоянная обделка тоннеля

В зависимости от размеров поперечного сечения тоннеля и гор-но-геологических условий раскрытие забоя производят на полный профиль или одним-двумя уступами (рис. 119). Технологический процесс включает следующие основные операции (порядок их может меняться в зависимости от геологических условий):

бурение шпуров, разработка и уборка породы. При выполнении этих работ необходимо получить по возможности более гладкую поверхность выработки для упрощения набрызгбетонных работ. Целесообразно применять комбайновую проходку, а при взрывных работах - способ гладкого взрывания;

нанесение слоя набрызгбетона. Этот процесс должен осуществляться непосредственно после разработки породы свода с минимальным отрывом по времени. В зависимости от геологических условий набрызгбетон наносят на боковые и лобовые поверхности забоя в несколько слоев, при толщине каждого слоя от 5 до 10 см. При нанесении на металлическую сетку необходимо следить, чтобы она прочно и плотно была прикреплена к породе или ранее уложенному слою набрызгбетона;

установка анкерной крепи. Эту операцию осуществляют в непосредственной близости от забоя сразу после нанесения набрызгбетона. Необходимо строго соблюдать проектное расположение, глубину и диаметр шпура; длина и наклон анкеров могут меняться в зависимости от конкретных геологических условий на отдельных участках;

проведение контрольных измерений и поддержание выработки временной крепью до возведения постоянной конструкции обделки. Эту работу ведут по разработанной заранее программе, определяющей размещение оборудования для измерения, частоту измерения, обработку информации. Данные контрольных измерений используют при усилении набрызгбетонной обделки или при расчетах конструкции постоянной обделки;

возведение постоянной конструкции обделки с учетом данных контрольных измерений.

Метод проходки с устройством арочно-бетонной крепи. Технология проходки с применением арочно-бетонной крепи также базируется на применении крепей ограниченной податливости, позволяющих реализовать несущую способность горного массива. Основными конструктивно-технологическими принципами этой технологии являются: немедленное возведение у забоя металлической арочной крепи, рассчитываемой на частичное восприятие расчетной величины горного давления в строительный период, и замена традиционной дощатой затяжки бетонным слоем минимальной толщины, уложенным между породой и внешней полкой установленной арки (рис. 120).

Эта крепь ограниченной податливости обеспечивает поддержание выработки в строительный период вначале за счет деформа-тивности собственно арок, а позже за счет ползучести бетона, которая затухает по мере его твердения. В этот период производят замер деформаций арочно-бетонной крепи для контроля правильности принятых расчетных предпосылок. Если деформации незначительны или отсутствуют, то арки можно демонтировать для повторного использования на следующих участках тоннеля.

Возведенную таким образом временную арочно-бетонную крепь (с арками или без них) используют в постоянной обделке, в качестве первого слоя, рассчитанного на восприятие горного давления. Толщину второго слоя постоянной обделки определяют расчетом многослойной системы на нагрузки эксплуатационного периода (гидростатическое давление, остаточное горное давление, сейсмические воздействия и т. д.).

В технологический процесс при этом методе сооружения тоннеля входят следующие операции:

бурение шпуров, разработка и уборка породы;

установка арок крепления, монтаж опалубки и укладка бетона за арки;

установка марок для измерения смещений бетона, проведение измерений и принятие решения о снятии или оставлении арок;

бетонирование внутреннего слоя постоянной обделки.

Новый вариант метода опорного ядра. Этот метод (рис. 121) применяют в грунтах с коэффициентом крепости от 1 до 4. Технология работ состоит в следующем. В начале по обеим сторонам будущего тоннеля проходят опорные выработки круглого или подковообразного поперечного сечения, причем проходку ведут с опережением одной выработки по отношению к другой. После проведения опорных выработок в них бетонируют стены будущего тоннеля. Затем проходят калоттный профиль с одновременным возведением свода тоннеля из сборных или монолитных железобетонных конструкций с опережением их на длину возведенных стен. На последней стадии разрабатывают ядро и бетонируют обратный свод.

Рис. 120. Технологическая схема проходки тоннеля с арочно-бетонной крепью: 1 - временная арочно бетонная крепь; 2 - буровой портальный агрегат; 3 - стальные арки; 4 - первичная бетонная обделка; 5 - бетоносмеситель с бетононасосом; б - вентиляционный короб; 7 - технологическая тележка с арками; 8 o- механизированная опалубка; 9 - постоянная бетонная обделка;, 10 oo- бетонирование нижних частей стен обделки; 11 --опалубка стен; 12 - бульдозер

Рис. 121. Технологическая схема сооружения тоннеля новым вариантом метода опорного ядра со сборно-монолитной обделкой: а - проходка опорных тоннелей или штолен; б - возведение боковых бетонных стен; в-проходка сводовой части; г - разработка ядра; д - сооружение обратного свода; 1 - опорные тоннели; 2 - сборная обделка опорных тоннелей; 3 - блокоу кладчик; 4 - породопогрузочная машина; 5 - тележка для нагнетания раствора за обделку; 6 - вентиляционная труба; 7 - боковые бетонные стены; 8 - пневмобе-тононагнетатель; 9 - электровоз; 10 - опалубка стен; 11 - ядро; 12 - калоттная часть тоннеля; 13 - обделка свода из сборных железо-бетонных блоков; 14 - укладчик обделки свода; 15 - самоходный вагон-самосвал; 16 - самоходная буровая установка; 17 - самосвальный автопоезд; 18 - тоннельный экскаватор; 19 - обратный «вод

Весь комплекс работ выполняют с применением высокопроизводительного оборудования: щитов, укладчиков, породопогрузочных машин, экскаваторов, механизированной опалубки, бетононасосов и автомобильного транспорта. По такой технологии сооружают односводчатые станции.

Развитие железнодорожного, водного и городского (особенно рельсового) транспорта вызвало во многих странах мира необходимость строительства специальных подземных сооружений - тоннелей. Все тоннели, созданные в рассматриваемый период, по назначению можно подразделить на три основные группы: 1) железнодорожные, 2) судоходные, 3) городских железных дорог (метрополитенов).

В последней трети XIX в. огромный размах получило строительство железнодорожных тоннелей. В сооружении железнодорожных тоннелей остро нуждались промышленно развитые европейские страны - Италия, Франция, Швейцария и некоторые другие, расположенные в районе наиболее высокой в Европе альпийской горной системы.

Сообщение между этими странами издавна осуществлялось с помощью гужевого транспорта по сложным, длинным и весьма опасным шоссейным дорогам. Такие дороги прокладывали по трассам, огибающим горную цепь кругом, или по ущельям и перевалам, куда медленно, с трудом поднимались лошади. Высота отдельных перевалов, связывающих, например, Италию с Францией, достигает более 2,5 км.

Использование таких дорог для железнодорожного транспорта оказалось невозможным. Длинные и тяжелые поезда не могли брать крутых подъемов, передвигаться с резкими поворотами, доступными конному обозу.

В условиях все расширяющихся международных связей и торговли традиционная система гужевого транспорта уже не удовлетворяла требования капиталистического общества. Строительство железнодорожных тоннелей стало насущной необходимостью.

Первый небольшой железнодорожный тоннель протяженностью 1,19 км был проложен в Англии еще в 1826-1830 гг. на линии Ливерпуль - Манчестер.

Франция и Италия первые начали прокладывать крупнейшие тоннели, которые должны были связать эти две страны. Необходимость постройки такого тоннеля через Альпы отмечал еще в 1832 г. ученый И. Мэдайль. Однако в то время его проект был воспринят скептически.

В 1845 г. итальянское правительство сочло необходимым приступить

к строительству тоннеля у перевала Мон-Сени в Альпах и поручило известному бельгийскому инженеру Мозу и геологу Зизмонди составить проект.

В 1857 г. на основе этого проекта под руководством итальянского инженера Г. Соммелье приступили к строительству Мон-Сенийского тоннеля длиной 12 849 м. Его начали прокладывать с двух противоположных сторон: от итальянской деревни Бардонэкки и от французской деревни Модан. Первые четыре года работы вели вручную и в сутки удавалось проходить в среднем 0,63 м тоннеля. С 1861 г. работы пошли быстрее благодаря использованию в строительстве бурильных пневматических машин ударного действия системы Соммелье . С их помощью бурили шпуры, в которые закладывали пороховые заряды. Буровзрывные работы значительно ускорили строительство. Тоннель сооружали в сложных геологических условиях. Строителям приходилось преодолевать твердые породы, нередко чередующиеся с рыхлыми и сыпучими образованиями, вести борьбу с водными потоками. По мере удлинения тоннеля сокращался приток свежего воздуха, затруднялось дыхание, что грозило приостановкой работ. Выход был найден благодаря установке с обоих концов тоннеля мощнейших по тому времени всасывающих аппаратов, которые приводились в действие энергией горных рек.

21 декабря 1870 г. французские и итальянские рабочие соединили участки своих тоннелей. Тоннель был проложен с высокой точностью. Оба его участка почти полностью совпали. Погрешность в отклонении их осей длиной почти 13 км не превышала 2 см, что свидетельствует о высоком уровне геодезических работ, а следовательно, о крупном достижении строительной науки и техники.

17 сентября 1871 г. двухпутный Мон-Сенийский тоннель, строившийся почти 15 лет, был открыт для движения поездов между Парижем и Турином. Кроме Италии и Франции, в сооружении тоннеля принимала участие и Швейцария .

Успешное завершение строительства Мон-Сенийского тоннеля положило начало сооружению других крупных альпийских тоннелей.

В 1872 г. началось строительство Сен-Готардского тоннеля длиной 14 984 м в Лепонтинских Альпах в Швейцарии. Тоннель начинался у итальянской деревни Айроло. Сооружение тоннеля было поручено инженеру Фавру, который обязался построить его в течение 8 лет. Однако в процессе строительства возник ряд непредвиденных технических трудностей. В результате инженер Фавр потерпел большой убыток, потерял свое состояние и умер, не окончив работ. Строительство тоннеля, продолжавшееся в общей сложности 9,5 лет, было закончено без него с опозданием на 1,5 года.

С каждого конца тоннеля работали одновременно не менее 400 рабочих. Для транспортировки горной породы, доставки инструмента, обделочного камня и других материалов использовали пневматические локомотивы. Сжатый воздух к локомотивам и бурильным машинам подавался в тоннель мощными насосами, для привода которых использовали энергию местных рек. Отработанный в пневматических локомотивах и бурильных машинах сжатый воздух поступал в тоннель, пополняя таким образом дефицит кислорода. На строительстве были впервые применены также гидравлические бурпльные машины вращательного действия немецкого инженера А. Бранд- та, работающие при давлении воды до 150 ат.

В марте 1880 г. Сен-Готардский тоннель был пробит. По случаю этого знаменательного события четырем тысячам рабочих, принимавших участие в сооружении тоннеля, были вручены специальные медали. Официально Сен-Готардский тоннель открыли для движения железнодорожных поездов в 1881 г. .

Опыт строительства Мон-Сенийского и Сен-Готардского тоннелей был использован при сооружении у горного перевала Симплон в Швейцарии (стык Пеннинских и Лепонтинских Альп) Симплонского тоннеля протяженностью 19 732 м. Он должен был соединить местечко Изелле (Италия) и город Бриг (Швейцария) и таким образом установить прямое железнодорожное сообщение между городами Миланом и Берном.

Строительство Симплонского тоннеля началось в 1898 г. под руководством А. Брандта.

При прокладке Симплонского тоннеля инженеры поставили задачу избежать крутых уклонов подходящей к тоннелю железнодорожной линии с целью увеличить составы поездов. Для этого тоннель решили строить у самой подошвы горной цепи Монте-Леоне. Отметим, что все предыдущие тоннели через Альпы начинались на сравнительно большой высоте (не менее 1100 м над уровнем моря), в связи с чем подходившие к ним железнодорожные составы вынуждены были подниматься на большую высоту, преодолевая при этом крутые уклоны.

В отличие от Мон-Сенийского и Сен-Готардского тоннелей, авторы проекта нашли более выгодным строить не один двухпутный тоннель, а два однопутных, шириной 5 м и высотой 5,5 мкаждый, проложенных параллельно на расстоянии 17 м один от другого.

Вначале построили целиком один тоннель. Второй намечалось завершить позже, когда возрастет движение поездов. Поэтому во втором тоннеле пробили лишь узкую галерею, используя ее для строительства первого тоннеля. Галерея через определенные промежутки имела ходы сообщения с первым тоннелем. По ней подвозили инструменты, динамит И строительные материалы. Она служила также для вентиляции и отвода Грунтовой воды. По первому тоннелю вывозили горную породу . Быстрая прокладка тоннеля в значительной мере обеспечивалась хорошо организованной работой железнодорожного транспорта. Для откатки горной породы и доставки к месту работ строительных материалов использовали до 30 пар грузовых поездов в день. Поезда обслуживались обыкновенными танк-паровозами и пневматическими локомобилями .

Условия работы при строительстве Симплонского тоннеля были крайне сложными и тяжелыми. Приходилось бороться с грунтовыми водами, недостатком воздуха. Внутри тоннеля местами температура воздуха доходила до 56-57° С. Только благодаря введению мощной системы вентиляции и водяного охлаждения удалось завершить сооружение тоннеля. За 6,5 года, в течение которых строился тоннель, произошло 8470 несчастных случаев, из них 44 со смертельным исходом .

2 апреля 1905 г. Симплонский тоннель был открыт и через него в этот день прошли два первых поезда: один от Брига, другой от Изелле. Первая мировая война задержала работы по завершению строительства второго тоннеля, движение поездов по которому началось в декабре 1921 г. ]46, с. 35].

Вслед за Симплонским тоннелем в 1906 г. в Швейцарии приступили к строительству Лечбергского тоннеля длиной 14 605 м, законченного в 1911 г. Тоннель был проложен под Бернскими Альпами на высоте 1244м между местечками Копенштейн и Кандерштег. Через тоннель прошла Двухпутная электрическая железная дорога Берн-Шпицберг

Строительство описанных выше альпийских горных тоннелей, поражающих своей протяженностью и грандиозным объемом вынутого скального грунта, стало возможным благодаря широкому использованию достижений горной и строительной науки, замечательным инженерным решениям и мужеству рабочих-строителей. Именно этим можно объяснить сокращение сроков сооружения и стоимости по мере введения в строй новых тоннелей. За 40 лет со времени постройки в 1871 г. первого Мон-Сенийского тоннеля и завершения в 1911 г. четвертого Лечбергского тоннеля средняя стоимость проходки одного погонного метра тоннеля снизилась с 1870 до 1000 золотых рублей.

До первой мировой войны 1914-1918 гг. было построено 26 тоннелей длиной более 5 км каждый.

В России строительство первых железнодорожных тоннелей относится к концу 50-х - началу 60-х годов XIX в. В 1862 г. был построен Ковен- ский двухпутный железнодорожный тоннель длиной 1280 м, прокладка которого началась в 1859 г. Работами руководил выпускник Петербургского института инженеров путей сообщения инженер Перрот.

В рассматриваемый период в России было сооружено много тоннелей различной протяженности на железных дорогах Крыма, Кавказа, Сибири и Урала.

Самый длинный из них - Сурамский тоннель на Кавказе длиной 3992 м, проходящий через Сурамский горный кряж, возвышающийся на 900-1000 м над уровнем моря. Идея создания этого тоннеля возникла в 70-х годах XIX в. при строительстве Закавказской железной дороги. В 1874 г. инженер Мышенков приступил к подробной съемке района сооружения будущего тоннеля.

Прокладка тоннеля началась в 1886 г. с западной и восточной сторон одновременно. Первые месяцы работы вели вручную, а с июня 1887 г. стали применять бурильные машины системы Брандта. Машины передвигали в галерее по рельсам. С их помощью высверливали от 5 до 11 шпуров глубиной до 2,0-2,5 м, закладывали в них патроны динамита и затем взрывали. Для транспортировки разрушенной горной породы использовали вагонетки, запряженные лошадьми. В образовавшуюся в регультате взрыва полость галереи затем подводили новый отрезок рельсового пути, по которому бурильную машину подкатывали к участку работ. В зависимости от характера горных пород в сутки удавалось пройти в среднем 3,5-4, иногда 5-6 м, и в лучшем случае до 10-11 м. Последние цифры можно считать для того времени рекордными. Трасса тоннеля была сложной. Много хлопот строителям причиняли грунтовые воды, иногда обрушивавшиеся из водоносных пластов мощными потоками. Так, 5 сентября 1888 г. по этой причине были прекращены работы на восточной стороне тоннеля, после чего пробивку продолжали лишь с западной стороны. Работы вели круглые сутки в две смены при двенадцатичасовом рабочем дне.

Сурамский тоннель проходит через слабые грунты. В процессе работы в уязвимых местах устанавливали деревянные крепи, состоящие из боковых стоек и потолочных балок, на которые укладывали доски по всей ширине потолка. Учитывая ненадежность грунта, тоннель на всем протяжении выложили камнем. Расчет на прочность и устойчивость каменного свода тоннеля как упругой арки впервые в нашей стране сделал известный русский ученый JI. Ф. Николаи .

12 октября 1888 г. обе части тоннеля были соединены с весьма большой точностью: оси направляющих штолен разошлись в горизонтальной плоскости всего лишь на 12,8 см, а в вертикальной - на 4,3 см.

При сооружении тоннеля было вынуто 335 тыс. м3 грунта, что объясняется значительной шириной тоннеля, рассчитанного на двухпутное железнодорожное сообщение .

Сурамский тоннель был наиболее длинным из всех тоннелей, существовавших в дореволюционной России. Его постройка служила образцом для отечественного тоннелестроения. Методы работ и конструкции, принятые при его сооружении, широко использовали при строительстве многих других тоннелей на Кавказе, в Центральной России, на Кругобай- кальской, Китайско-Восточной, дальневосточных и ряде других железных дорог.

Крупнейшим по протяженности в центральной части России был Се- веро-Донецкий тоннель длиной 2058 м. Он строился в течение 1913- 1915 гг. для однопутной железнодорожной линии на Северо-Донецкой железной дороге и был открыт в 1916 г. .

Ранее, в 1897-1904 гг. на бывшей Китайско-Восточной железной дороге (Китайская Чанчуньская) было сооружено девять двухпутных тоннелей, общая протяженность которых составила 4310 м, и среди них Хинганский тоннель длиной 3078 м. При строительстве (1902-1904 гг.) Кругобайкальской железной дороги на сравнительно небольшом ее участке было проложено несколько десятков двухпутных тоннелей общим протяжением 7296 м. Из них самый длинный имел длину 778 м, а наиболее короткий 25 м. Сооружение тоннелей на Кругобайкальской железной дороге и на некоторых других участках Великой Сибирской магистрали велось под руководством профессора А. В. Ливеровского .

Особое место занимают судоходные тоннели, которые сооружают в комплексе с судоходными каналами, пересекающими горные хребты и возвышенности. Цервый судоходный тоннель длиной около 160 м был построен еще в 1681 г. во Франции.

Наиболее крупный судоходный тоннель Ронский (Ровский) во Франции на канале Марсель-Арль длиной 7118 м, шириной 22 м и высотой 14,4 м обеспечил судоходное сообщение Марсельского порта с рекой Роной и дал возможность пропускать суда водоизмещением до 1000 т. При сооружении тоннеля строители выполнили огромный объем земляных работ. Было вынуто 2,3 млн. куб. м грунта, что в 1,5 раза превышает объем земляных работ при сооружении наиболее крупного Симплонского тоннеля. Тоннель выложен каменной кладкой со сводом овальной формы. Сооружение Ронского тоннеля началось в 1911 г. и продолжалось 10 лет .

Строительство тоннелей для городского рельсового транспорта в рассматриваемый период неразрывно связано с быстрым ростом городов, которые по мере развития капитализма, централизации и концентрации производства, образования монополий и промышленных комплексов стали превращаться в крупные индустриальные центры. Стремительный рост городского населения происходил во всех промышленно развитых капиталистических государствах. Так, в Англии доля городского населения возросла за период с 50-х годов XIX в. до начала XX в. с 50 до 78%. В Германии в 80-х годах XIX в. на города приходился 41 % населения, а в начале XX в. уже 54,3%. В США городское население возросло за это время с 28,6 до 40%.

Крупнейшими промышленными центрами с быстро растущим населением становятся Лондон, Париж, Берлин, Нью-Йорк и ряд других городов. С 1850 по 1900 г. население возросло в Лондоне с 2 млн. 363 тыс. до 4 млн. 536 тыс., Париже - с 1 млн. 53 тыс. до 2 млн. 714 тыс., Берлине - с 419 тыс. до 1 млн. 890 тыс., Нью-Йорке - с 696 тыс. до 3 млн. 437 тыс. человек.

Возникновение крупных городов поставило задачу создания новых видов городского транспорта, способного быстро и надежно обеспечивать массовые перевозки пассажиров. Таким видом транспорта стали метрополитены 12. Подземная железная дорога, представляющая тоннель с комплексом необходимых технических сооружений и устройств, не загромождая уличной дорожной сети и не имея пересечений на одном уровне, обеспечивает большую пропускную способность, регулярность и высокую эксплуатационную скорость движения поездов.

Поэтому не случайно, что именно в Лондоне - городе с самым большим во второй половине XIX в. населением - появилась первая подземная дорога. Ее построила в 1860 - 1863 гг. фирма «Metropolitan Bailway», проложив тоннель мелкого заложения. Дорога имела длину 3,6 км и обслуживалась паровозами. К 1882 г. в Лондоне были созданы еще четыре участка подземной дороги, после чего сеть метрополитена стала быстро расти. С 1890 г. здесь началось строительство тоннелей глубокого заложения. Вслед за Лондоном в 1897 г. метрополитен строится в Глазго. Огромное значение для развития метрополитена имел переход в 90-х годах с паровой тяги на электрическую, прекратившую загрязнение тоннелей дымом и копотью. Электрификация коренным образом улучшила эксплуатацию городского подземного транспорта.

В 1896 г. была построена линия метрополитена в Будапеште, ставшая первой подземной железной дорогой на Европейском континенте. К 1898 г. относится ввод в эксплуатацию метрополитена в Вене. В 1900 г. создана подземная железная дорога в Париже. Ввод в эксплуатацию первой линии

2 Линии метрополитена могут быть также наземными п надземными (на эстакадах). Надземная железная дорога городского типа была построена в 1868 г. в Нью-Йорке. Она приводилась в движение с помощью канатной передачи, которую в 1871 г. заменили паровой, а в 1890 г.- электрической.

Парижского метрополитена был приурочен к открытию Всемирной промышленной выставки 1900 г. Затем подземные железные дороги сооружаются в столицах и крупных промышленных городах других европейских государств: Берлине (1902 г.), Гамбурге (1912 г.), Мадриде (1919 г.), Барселоне (1924 г.), Афинах (1925 г.)

На Американском континенте первая подземная дорога построена в Нью-Йорке в 1868 г. Вслед за ней вступили в строй метрополитены в Чикаго (1892 г.), Бостоне (1901 г.), Филадельфии (1907 г.), Буэнос-Айресе (1913 г.).

В процессе тоннелестроения инженеры столкнулись с проблемой создания подводных тоннелей. Особенно это проявилось при сооружении городских подземных железных дорог. Пришлось решать одну из сложных и ответственных технических задач тоннелестроения.

Начало сооружению подводных тоннелей было положено инженером М. И. Брюнелем, построившим под Темзой в Лондоне тоннель для движения экипажей и пешеходов (1825-1843 гг.). Тоннель длиной 360 м состоит из двух отдельных проездов шириной каждый по 4,2 м. Они разделены между собой столбами, перекрытыми арками. Строительство этого тоннеля стало возможным благодаря разработанному М. И. Брюнелем способу ведения тоннельных работ с использованием проходческого щита. Нововведение Брюнеля представляло подвижную прочную сборную конструкцию, обеспечивающую безопасное проведение горной выработки и выполнение работ по созданию постоянной крепи (обделки) .

Применение проходческих щитов создало предпосылки для успешного развития подводного тоннелестроения.

В 1868 г. началось сооружение нового тоннеля под Темзой длиной 411 м, предназначенного для железнодорожного движения. Работы велись под руководством инженера Барлоу и были выполнены за И месяцев. В 1892-1897 гг. под Темзой в Лондоне был построен Блекуэльский тоннель для экипажей и пешеходов длиной 1890 м. Часть его, расположенная под ложем реки, составляла 366 м.

Крупнейшим сооружением стал подводный тоннель под рекой Гудзон в Нью-Йорке между Мангатаном и Джерслей-Сити длиной 1600-1700 м. Его строительство было сопряжено с большими техническими трудностями и продолжалось 26 лет, с 1879 по 1905 г. .

Как видим, в области тоннелестроения рассматриваемый период примечателен огромными техническими достижениями. Прокладка гигантских тоннелей стала возможной благодаря серьезным качественным сдвигам в развитии строительной науки, успехи которой достаточно эффективно использовались на практике. Сооружение тоннелей, отличающееся технологической сложностью и трудоемкостью, требовало огромных капиталовложений, материальных затрат, привлечения квалифицированных специалистов и рабочих. Поэтому их строительство было возможным лишь при участии крупных капиталистических фирм и монополистических объединений. Грандиозность тоннелестроения побуждала нередко предпринимателей с целью сосредоточения капитала для организации эффективного производства работ привлекать капиталистические монополии и банки нескольких стран.

История строительства тоннелей является наглядной иллюстрацией к выводам, сделанным В. И. Лениным в работе «Империализм, как высшая стадия капитализма», что в условиях империализма магнаты финансового капитала - верхушка монополистической буржуазии, сосредоточивают в своих руках все рычаги господства во всех сферах экономической жизни.

Строительство подводных тоннелей, расположенных непосредственно под зеркалом воды, осуществляют способом погружения крупных секций.

При строительстве тоннелей и других сооружений в скальных выработках широко применяется штукатурная гидроизоляция из цементного торкрета...

Институт «Метрогипротранс» совместно с Управлением дорожно-мостового строительства Исполкома Моссовета разработал щитовой комплекс для устройства обделки тоннелей из...

При строительстве транспортного тоннеля - это графики врезки тоннеля или штольни, проведения подходных выработок и направляющей штольни или одного (обычно верхнего)...

К третьей группе относят временные тоннели, предназначенные для пропуска воды в период строительства или ремонта гидротехнических сооружений.

При его осуществлении было достигнуто снижение фактической стоимости строительства на 19% по … При строительстве тоннелей чаще всего вначале проводят калотту, а затем штроссу.

Гидроизоляция тоннелей и подземных выработок. Гидротехнические... же составил 0,025 л/с («Гидротехническое строительство», 1952, № 5). Учитывая этот неудачный опыт...

›Строительство. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ ТОННЕЛЕЙ Обделка... Гидротехнические тоннели проектируют в соответствии с указаниями СНиП 2.06.09-84.

Особое внимание уделено новым прогрессивным способам строительства тоннелей, относящимся к категории высоких технологий.

Тоннель или туннель - это слово произошло от английского «tunnel». Оно означает искусственное подводное или подземное сооружение, предназначенное для перемещения воды, движения транспорта, прокладки коммуникаций, а также размещения производственных помещений или других целей. Мероприятия по их прокладке могут выполняться открытым и закрытым способами, которые также отличаются технологиями проведения строительных работ.

Строительство тоннелей в наше время

Строительство тоннелей - это чрезвычайно сложный процесс, требующий больших знаний и грамотного проекта. При производстве работ применяется специальное оборудование, такое как специальные шахтные бурильные установки - УБШ , и другие агрегаты, сконструированные для работы в специфических условиях. Строительство всегда сопряжено с тщательным проведением предварительных исследований и геологических изысканий, а также значительными временными и денежными затратами.

Сегодня в крупных городах возведение различных сооружений под землей и прокладка тоннелей является довольно актуальным направлением в строительстве. Для этого применяют новейшие технологии, позволяющие производить работы, которые еще 10 лет назад выполнить было бы невозможно. Конечно, сочлененные самосвалы и другие грузовики по-прежнему нужны для вывоза породы, но прокладка часто осуществляется точечным методом. Он позволяет буквально с хирургической точностью проводить работы в условиях плотной городской застройки.

Виды тоннелей

Для прокладки тоннелей используют разные технологии и способы, среди них горный, щитовой и специальный. Работы могут выполняться не только с помощью УБШ , проходческих комбайнов, но и с применением ручной разработки грунта, немеханизированных щитов, методов продавливания и прокола. Тоннели могут быть горизонтальными или наклонными, они подразделяются на группы по местоположению и назначению.

В зависимости от местоположения подземные сооружения бывают таких видов:

• горные - через водоразделы, возвышенности и горные хребты;
• подводные - под руслами рек или морских проливов;
• равнинные, к ним относятся также городские.

По своему назначению их можно разделить на 7 групп:

• автодорожные;
• железнодорожные;
• для метрополитенов;
• для коммунальных нужд;
• гидротехнические;
• для горной промышленности;
• специального назначения.

Трудно представить, как обходились бы современные мегаполисы без метрополитенов, подземных сооружений и переходов, транспортных развязок с помощью тоннелей. Эти сооружения позволяют сделать максимально безопасным движение транспорта и людей, сократить и облегчить время передвижения, а также скрыть доступ к городским коммунальным сетям.