Вгрызаясь в породу: как устроен тоннелепроходческий комплекс - Московская перспектива

Вгрызаясь в породу: как устроен тоннелепроходческий комплекс

Вгрызаясь в породу: как устроен тоннелепроходческий комплекс
Вгрызаясь в породу: как устроен тоннелепроходческий комплекс Фото: mos.ru
Секрет высокотехнологичных установок человек подсмотрел у природы

Многие технологии человек подсмотрел у природы и адаптировал под себя то, что появилось миллионы лет назад. Так было и с тоннелепроходческими комплексами, появлением которых мы обязаны британскому инженеру Марку Брюнелю и корабельным червям, или терединидам (лат. Teredinidae). Брюнель долго наблюдал, как ловко моллюск прокладывает себе дорогу через древесину, углубляясь в нее с помощью раковины на голове, а позади оставляет слой извести, который не дает тоннелю замкнуться позади.

Щит Брюнеля был запатентован в 1818 году, а работать начал под Темзой в 1825-м. Грунт выбирали 36 шахтеров. Тогда не было адекватных способов борьбы с грунтовыми водами, поэтому наводнения неоднократно приводили к гибели рабочих.

Городом-первопроходцем в тоннелестроении мог бы стать Санкт-Петербург: именно российский император Александр Первый обратился к Брюнелю с просьбой спроектировать тоннель под Невой. Однако в итоге в намеченном месте возвели мост — это оказалось более удачным решением для того времени.

Сегодня щит — это сложное высокотехнологичное оборудование. Но принцип работы не изменился за 200 лет (или за несколько миллионов, смотря кому отдать патент на изобретение — Брюнелю или червю). Рабочая зона щита углубляется в грунт, а по мере движения позади укрепляется тоннель, уже готовый к использованию.

В мире используют два основных типа щитов — механизированный и немеханизированный. Если механизации нет, то щит представляет собой защитное кольцо, внутри которого рабочие прокладывают дорогу отбойным молотком (а раньше и вовсе киркой). Сейчас ручной труд при проходке тоннелей применяется крайне редко. Механизированный щит вгрызается в породу при помощи ротора с резцами. Порода отводится на конвейер, а затем вывозится из тоннеля.

Современные комплексы могут работать в самых сложных геологических условиях, в том числе в неустойчивых породах. Средняя скорость движения щитов сегодня — 250-300 метров в месяц, средняя стоимость — 13-15 млн евро.

Главный враг подземной установки — грунтовые воды. Они пропитывают песок, образуя так называемые плывуны. С такой породой не может работать ни щит, ни человек. Для борьбы с плывунами чаще всего применяют довольно простой, но эффективный способ — замораживание при помощи фреона или жидкого азота. Породу охлаждают до состояния камня, который можно бурить, перевозить и не бояться, что он обвалится.

Есть и более современный способ борьбы с трудными породами — jet grouting, или струйная цементация грунтов. С огромным напором в забой подается цементная струя, которая одновременно разрушает, перемешивает и бетонирует породу. В результате получается прочный монолит, на котором можно строить практически что угодно.

В СССР при строительстве метро проходческий щит впервые использовали в 1934 году для проходки участка метро между Театральной площадью и Лубянкой. На второй очереди подземки работало уже 42 комплекса. И именно советские инженеры первыми научились прокладывать наклонные тоннели.

Самый большой в мире щит сегодня работает в Гонконге — инженерное чудо диаметром 19 метров прокладывает одновременно четырехполосную автостраду и линию метро. Рекорд скорости принадлежит Ленинграду, где в 1981 году при строительстве метро за месяц прошли 1240 метров.

В Москве прижилась традиция давать тоннелепроходческим комплексам женские имена. Сегодня в столице трудятся «Лилия», «Катюша», «Полина», «Клавдия», «Ольга», «Валерия» и др. без перерывов и выходных.

Недавно в столице стал применяться так называемый «испанский» метод строительства метро. Он заключается в возведении двухпутного тоннеля с платформами по бокам, что существенно сокращает стоимость строительства на 15-30%, ведь работает один щит, а не два.