Среди инфраструктурных проектов тоннели занимают особое место. Они являются важной частью транспортной системы, однако очень дорогие и технически сложные, чтобы строить их повсеместно. В этой заметке мы рассмотрим, как происходит прокладка тоннелей.

Проходческий щит

Главным и самым эффективным техническим средством, применяемым при строительстве тоннелей, является проходческий щит. Его идея появилась благодаря природе. Марк Брюнель – инженер и изобретатель, наблюдал за представителем моллюсков из рода корабельных червей. Он заметил, что данные существа проделывают в дереве отверстия, стенки которых сразу же укрепляют своими выделениями. Благодаря этому тоннель не сжимается при разбухании древесины и не давит моллюска. Эту технологию Марк Брюнель использовал во время строительства тоннеля под Темзой. Рабочие располагались на многоэтажном щите, который не давал тоннелю обвалиться. Выемка породы производилась вручную. После выемки части породы, щит сдвигался с помощью домкрата, а тоннель позади укрепляли кирпичом. Таким образом удалось избежать проблем с обрушением.

Прокладка тоннеля с помощью щита Брюнеля
Рисунок 1. Проходческий щит Брюнеля

Читайте также: Передвижение зданий. Куда поехала Москва?

В наши дни прокладка тоннелей проводится с помощью проходческих комплексов, которые могут достигать в длину до 2 км.

Проходческие щиты по размерам поперечного сечения делятся на 3 группы:
1) щиты до 10 м² считаются малыми,
2) 10-16 м² — средние;
3) свыше 16 м² идут большие.
Также существует классификация по назначению. Для строительства городских коллекторов используются малые щиты. Для шахт и гидротехнических тоннелей используются, в основном, средние щиты. Большие щиты, в свою очередь, применяются для прокладки транспортных тоннелей и крупных гидротехнических тоннелей.

Принципиально современные проходческие щиты ничем не отличаются от щита Брюнеля — выемка породы с постепенным укреплением стенок тоннеля. Однако технически современный проходческий щит ушел далеко вперед. Дробление породы теперь производится за счет вращающейся рабочей части с ножами, так что ручного труда не требуется. Также для экономии ресурсов вынутая порода используется для бетонной смеси, которой укрепляют стенки тоннеля. Продвижение комплекса вглубь тоннеля осуществляется с помощью гидромеханических домкратов.

Проходческий комплекс делится на три части: ножевую (переднюю), опорную (основную) и хвостовую. В ножевой части производится разработка породы, в опорной размещается оборудование и щитовые домкраты для продвижения щита. В хвостовой части производится укрепление сводов тоннеля.

Проходческих комплекс
Рисунок 2. Проходческий комплекс (1 — Ножевое кольцо, 2 — Опорное кольцо, 3 — конвейер для выдачи породы за пределы щита, 4 — укладчик обделки, 5 — тоннельный конвейер)

В данный момент проходческий щит является самым универсальным средством прокладывания тоннеля. 

Взрывы

Другим способом прокладки тоннеля, является использование взрывчатых веществ для разрушения породы. Данный метод в настоящее время не используется как основной. Это связано с высоким риском отравления рабочих в длинном тоннеле, даже при использовании современных средств вентиляции. Также важным фактором является невозможность использования данного способа в городских условиях, из-за создаваемых взрывом сейсмических волн. Однако метод взрывов может применяться при начале прокладки тоннеля, для создания отверстия под проходческий щит, а также при разработке шахт. 

Способ взрывов основан на разрушении породы внутренним давлением, образовавшимся при подрыве заряда, установленного внутри нее. Предварительно в породе вырезаются отверстия куда закладывается взрывной заряд. Для этого в наше время используются специальные машины, снабженные сверлом. Они с высокой точностью проделываются отверстия в породе.

Данный способ особенно эффективен при прокладке тоннеля в колкой породе, например, известняке. В более твердых породах данный способ менее эффективен.

Открытый метод

Перечисленные методы относятся к закрытому способу прокладки, когда все работы ведутся под землей. Однако есть другой способ, называемый открытым. При открытом способе прокладки вырывается большая траншея. Ее глубина соответствует глубине залегания тоннеля. В этой траншее устанавливают несущие конструкции тоннеля и, в зависимости от предназначения тоннеля, прокладывают железную, автомобильную дорогу или что-то еще. Затем траншею вместе с тоннелем засыпают. Преимуществом данного метода перед закрытым методом является возможность использования более дешевой техники, например, обычных экскаваторов. С другой стороны, глубина залегания таких тоннелей крайне невелика и, главное, для осуществления работ, требуется перекрывать движение на отдельных участках города, что не всегда удобно. 

Прокладка тоннелей открытым способом
Рисунок 3. Прокладка тоннеля открытым методом

Прокладка тоннелей — увлекательный процесс, но в то же время опасный. Однако развитие технологий позволит найти новые способы прокладки, которые позволят нам уйти глубже под землю и сделать этот процесс безопаснее.

Подписывайтесь на нашу рассылку, чтобы ничего не пропустить:

Подписаться на рассылку

Над статьей работал: Сабуров Даниил

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *