Вгрызаясь в грунт - Московская перспектива

Вгрызаясь в грунт

Вгрызаясь в грунт
Вгрызаясь в грунт
Тоннелепроходческие механизированные комплексы (ТПМК) позволяют исключить ручной труд

С 2011 года в Москве построили 115 км новых линий и 56 станций метрополитена. С такой скоростью подземка не строится нигде в мире. Причину успеха назвал заместитель мэра Москвы по вопросам градостроительной политики и строительства Андрей Бочкарёв. «В городе работают 33 проходческих комплекса, однако в активной фазе строительства сейчас заняты 22 машины различного диаметра. 18 механизированных щитов имеют стандартный размер – 6 метров и прокладывают однопутные тоннели, еще четыре 10-метровые машины строят тоннели на два пути», – отметил глава стройкомплекса.

История с продолжением

История проходческого щита насчитывает более 200 лет. Его разработал и запатентовал в 1818 году английский инженер Марк Брюнель, а прокладка под Темзой тоннеля с помощью щита началась в 1825-м.  

Дело в том, что грунт под рекой водонасыщенный и мягкий, а рыть тоннели вручную и укреплять своды деревянными подпорками было занятием не особо надежным. Проходческий щит Брюнеля работал по принципу, подсмотренному им у корабельного червя, или терединиды, прогрызающего ходы в самой твердой древесине. Червь, голова которого покрыта жесткой раковиной с зазубренными краями, буквально забуривается в дерево, оставляя за собой канал, покрытый защитным слоем гладкой извести. Первый щит был прямоугольной формы с размерами в поперечнике 11,3 на 6,7 метра. Это была чугунная камера, внутри которой находились 36 рабочих. 

Грунт выбирался ими вручную и удалялся через уже построенный тоннель. Пока одни рабочие убирали землю из щита, другие укрепляли свод образовавшегося тоннеля с помощью кирпичной кладки. Агрегат заглублялся в породу, передвигаясь под землей с помощью ручных домкратов, которые упирались в готовый участок обделки и толкали машину вперед. В России городом-первопроходцем в тоннелестроении мог стать Санкт-Петербург. Император Александр I обратился к Брюнелю с просьбой спроектировать тоннель под Невой. Однако от заманчивой идеи в итоге отказались, возведя в том месте мост. Это оказалось более удачным решением для того времени.
Активно применяться тоннелепроходческие щиты стали лишь когда приобрели привычную цилиндрическую форму и обеспечили возможность использовать в качестве обделки тоннелей чугунные тюбинги. В 1869 году другой английский инженер Джеймс Грейтхед разработал именно такой щит, ставший прародителем высокотехнологичных механизированных комплексов.

Время перемен

В нашей стране в метростроении проходческий щит был впервые использован в 1934 году для проходки сложного участка первой очереди Московского метрополитена между Театральной площадью и Лубянкой. При строительстве второй очереди на участках столичной поземки одновременно в работе было уже 42 щита. 

Это были не механические щиты, как используются сейчас, а ручные. За все время с использованием механизированных комплексов соорудили более 70% метротоннелей столицы – все эти станции неглубокого заложения. 

В мире используют два типа щитов – механизированные и немеханизированные. Если механизация отсутствует, то проходческий комплекс представляет собой защитное кольцо, внутри которого рабочие прокладывают дорогу отбойным молотком, а раньше – и вовсе киркой. Сегодня, конечно, ручной труд при проходке тоннелей применяется крайне редко. 

В Советском Союзе механизированный проходческий щит был впервые применен в 1949 году. Агрегат постоянно совершенствовался, пока не превратился в насыщенный автоматикой и компьютерами ТПМК, позволяющий исключить практически все ручные операции.
Разработка грунта производится вращающимся стальным ротором с резцами. Далее грунт подается на конвейерную ленту, затем в вагонетки и потом вывозится на поверхность. 

Механизм, расположенный в хвостовой части щита, обеспечивает быстрый и безопасный монтаж обделки тоннеля. Кольца, формирующие его стенки, собирают из нескольких элементов – тюбингов (отдельных полукруглых элементов, выполненных из чугуна или бетона. – «МП»). 

Такая конструкция выдерживает давление многометровых слоев грунта. Ее запаса прочности хватит на долгие десятилетия службы. Средняя скорость проходки щитов сегодня – 250–300 метров в месяц, а их средняя стоимость –13–15 млн евро.

Московские строители также первыми в мире с помощью проходческих щитов стали прокладывать наклонные тоннели для эскалаторных зон. Это произошло на строительстве станции «Марьина Роща».

Будни метростроевцев не лишены романтики. Когда-то Ричард Ловат, основатель всемирно известной фирмы-изготовителя тоннелепроходческих щитов LOVAT, решил, что все комплексы, произведенные его компанией, будут носить женские имена в честь покровительницы подземных работ святой Барбары. С его легкой руки родилась традиция присваивать щитам женские имена. Вот почему в Москве трудятся «Галина», «Мария», «Лилия», «Катюша», «Полина»,
«Евгения», «Ольга»... А один из ТПМК, использовавшихся при строительстве московского метро, даже попал в голливудский блокбастер. Машина была взята в аренду для съемок фантастического фильма Пола Верховена «Вспомнить все» с Арнольдом Шварценеггером.

Большому диаметру – большая жизнь

До недавнего времени в столице строили лишь однопутные тоннели метро с помощью 6-метровых проходческих щитов, в которых поезд движется в одном направлении. Платформы таких станций располагаются между «встречными» рельсами, в середине зала.

Однако в 2016 году в московском метростроении произошло знаковое событие. «Мы впервые в истории запустили от станции «Косино» в сторону «Нижегородской улицы» Кожуховской линии метро ТПМК диаметром 10 метров и размером фактически с трехэтажное здание. В проделанном щитом тоннеле два пути», – подчеркнул Андрей Бочкарёв.

При строительстве двухпутных тоннелей платформы станции располагаются по бокам, а поезда следуют навстречу друг другу в центральной части платформы.

Так в чем же преимущество большого щита? Комплекс, прорубающий однопутный тоннель, разбирают, перевозят на другой участок, снова собирают и пускают в работу. При строительстве двухпутных тоннелей агрегат пробивает торцевые стены станции, проходит ее насквозь и начинает прокладывать следующий участок.

В данном случае отпадет необходимость в дорогостоящем и затратном строительстве камер съездов и переходов из тоннеля в тоннель, эвакуационных сбоек. Существенно сокращается количество дорогостоящего кабеля. Это повышает надежность метро и увеличивает срок его службы, а также уменьшает время его строительства и стоимость работ на 20–30%. Сегодня все четыре тоннелепроходческих комплекса большого диаметра работают на строительстве Большой кольцевой линии.