Техника в ее историческом развитии

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

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 [24, с. 516]. 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 [46, с. 23—29; 47, с. 110].

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. [46, с. 29—31; 48].

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 [46, с. 35]. 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 [49, с. 6. 7].

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 [49, с. 11, 12].

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 [50, с. 16].

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 [50, с. 16, 17].

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. [46, с. 22; 50, с. 19].

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 [50, с. 18, 19].

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 [46, с. 47-49].

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) [46 с. 67, 68].

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. [46, с. 52].

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.

Проектирование строительства подземных сооружений...

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

Гидроизоляция тоннелей и подземных выработок. Гидротехнические...

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

Щитовая проходка тоннеля. При щитовой проходке тоннеля выполняют...

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

›Возведение подземной части

СВОДНЫЙ КАЛЕНДАРНЫЙ ГРАФИК СТРОИТЕЛЬСТВА. Построение...

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

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ ТОННЕЛЕЙ Обделка...

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

...и принятие решений при проектировании строительства...

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

ТУННЕЛЬ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЙ, гидротехнические туннели напорные...

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

ТУННЕЛЬ. Автомобильные, железнодорожные туннели

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

проектирование технологии и организации горно-строительных работ

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