Как строят тоннель под водой. Как строят метро глубокого заложения

Как прокладывают тоннели для метро. aslan wrote in September 25th, 2018

По традиции тоннелепроходческим комплексам дают женские имена. Этот обычай появился с лёгкой руки Ричарда Ловата — основателя всемирно известной фирмы LOVAT. Он решил, что щиты его компании будут носить женские имена в честь покровительницы подземных работ святой Барбары. И сегодня тяжёлую мужскую работу в метро выполняют «Алана», «Альмира», «Анастасия», «Наталия», «Клавдия», «Ольга», «Ева», «Светлана», «Виктория», «Полина» и другие «дамы».

В среднем расстояние между станциями — 2-2,5 километра. Поезд проходит их за три минуты, а тоннелепроходческий комплекс преодолевает за сутки 12 метров. Пройти при строительстве тоннеля 350 метров в месяц — хороший показатель. Несмотря на сложные геологические условия, некоторые «леди» справляются быстрее. Например, «Татьяна» прошла больше 2,8 километра пути на несколько месяцев раньше срока, соединив станции «Очаково» и «Мичуринский проспект» правым перегонным тоннелем.

Щит привозят на стройплощадку по частям и собирают уже на месте в специальном котловане, который строители называют монтажной камерой. Её размер не меньше футбольного поля — 60 на 70 метров. Она будет началом нового тоннеля. Машина закончит свой путь в такой же камере, но с другим названием — демонтажная. Там её разберут и увезут на строительство нового тоннеля.

Длина щита, похожего на червя, может достигать 100 метров. Головная часть — это режущий механизм, который называется ротором. На нём — специальные резцы. Они буквально вгрызаются в породу, прокладывая путь. Сразу за ротором находится привод, который запускает режущий механизм.

В щите обязательно есть закрытая ёмкость для цементного раствора, заполняющего пустоты между тюбингами (элемент сборного крепления подземных сооружений (шахтных стволов, тоннелей и проч.).) и грунтом. А ещё — кессонная камера, домкраты, кабина оператора проходческого комплекса и даже комната для отдыха строителей. Последняя тоже не лишняя, потому что работа идёт круглосуточно. Рабочие трудятся в три смены; в сутки один щит обслуживают около 30 человек.

Комплекс прокладывает путь с помощью точнейшей навигационной электроники. Машинист щита постоянно сверяет координаты маршрута, ведь проходческий комплекс может отклониться от заданных параметров не больше чем на восемь миллиметров. Для каждого механизма составляют график, чтобы знать, где он заканчивает проходку, когда перейдёт на следующий этап.

Будущее пространство тоннеля формируют тюбинги — бетонные блоки. Когда он готов, строители укладывают рельсы и подводят инженерные сети. Куда же складывают грунт? Он поступает в специальные карманы щита, оттуда по конвейеру — в вагонетки, курсирующие по временным рельсам, а потом — на поверхность. Вагонетки вывозят грунт и поставляют нужные детали, например тюбинги. На стройплощадке грунт лежит недолго, его отправляют на специальные полигоны. В сутки на один щит требуется 30 грузовиков для вывоза грунта.

Иногда метростроевцам приходится импровизировать. Причина чаще всего в нехватке свободных площадок под строительство. Например, в «Москва-Сити», когда строили станцию «Деловой центр» жёлтой ветки, машину монтировали на пятачке не больше школьного спортзала. Щит пришлось наращивать под землёй, опуская кольцо за кольцом.

А на площадке «Петровского парка» на сборку механизма было очень мало времени. Обычно на монтаж щита уходит месяц-два, и чтобы собрать его быстрее, головную часть весом около 150 тонн не разбирали, а опустили целиком на глубину 28 метров. Для этого на бровке котлована установили 450-500-тонный кран. Специалисты провели много расчётов, чтобы убедиться, что он не обрушит котлован.

Есть у московских строителей и свои изобретения. Они первыми в мире проложили с помощью щитов тоннели под эскалаторы. Ноу-хау применили на станции «Марьина Роща» салатовой ветки. За рубежом эта практика не распространилась, потому что в Европе станции в основном строят на небольшой глубине и тоннели для эскалаторов роют вручную.

Щит «Лилия» работает за двоих — строит тоннель сразу для двух путей. Её вес превышает 1600 тонн, обхват «талии» — больше 10 метров, а «рост» — 66 метров. Один такой тоннелепроходческий механизированный комплекс, или щит, как его называют строители, может заменить два шестиметровых.Её главное преимущество — скорость. Если стандартный шестиметровый щит проходит около 250 погонных метров в месяц, то «Лилия» — 350-400.

Гигант «Лилия» нужен, чтобы строить двухпутные тоннели. Поезда в них едут навстречу друг другу. Если на обычной станции рельсы тянутся с обеих сторон одной платформы, то на новых пути в две стороны пройдут посередине зала, а две платформы разместятся по бокам. Поэтому их и называют двухпутными.

Главное преимущество двухпутного тоннеля в том, что используется один 10-метровый щит-гигант, а не два шестиметровых. Также этот метод строительства позволяет сократить число рабочих на стройке: для проходки двух тоннелей нужны 200 рабочих, а одного — 130. Такая технология снижает затраты примерно на 30 процентов.

Сегодня машины работают в десятки раз быстрее. Тоннели прокладывают ультрасовременные немецкие щиты Herrenknecht, канадские LOVAT и американские Robbins. Кстати, новенькая «Лилия», на создание которой ушёл почти год, тоже немка, как и «Анастасия» с «Альмирой». Её привезли из Германии в апреле.

Если не собираешься делать из хода тайну, можно копать «берлинским» способом: роется траншея, в ней строятся стены и крыша будущего хода, после все засыпается. Но соседи придут посмотреть, каждый захочет такой же, только побольше, в итоге кто-то случайно выкопает ад. Лучше копай незаметно, по «парижскому» методу: роется вертикальный колодец, а из него ведут штольню вбок.

Где копать

Песчаные почвы - идеальный вариант. В свое время они позволили нарыть ходов под Берлинской стеной, в том числе знаменитый «Туннель 29» длиной 140 метров. Глину тяжело копать, к тому же выше шанс наткнуться на межпластовые воды. Полезно заранее пробурить скважины по всей траектории хода и выяснить, с чем будешь иметь дело.

Как укрепить

Если роешь штольню, не укрепляя стены и потолок, положи сверху плиту с датами жизни. Когда тебя завалит, родные смогут ограничиться фуршетом. Но лучше укрепляй ход каждые полметра крепью - рамой из просмоленных досок. Когда он будет готов, надо основательно обшить досками стены и потолок или даже забетонировать их, как делают палестинцы в тайных туннелях из сектора Газа в Израиль.

Как обустроить

Чтобы в туннеле было сухо, его надо делать под уклон. Желательно устроить и принудительную вентиляцию: вентилятор у входа и трубы с отверстиями по всей длине сооружения. Одной из проблем «туннеля жизни» в Сараеве, по которому люди выбирались из осажденного города, было отсутствие вентиляции. В итоге пришлось добывать кислородные маски.

Как не засыпаться

Копать подземный ход можно только в своей земле. Иначе в случае обнаружения его засыплют, а оплачивать мероприятие будешь ты. Перед началом процесса выясни, нет ли на пути кабелей, нефтепроводов и ракетных шахт. В этом поможет глубинный сканер. А под землей не повредят газоанализаторы на углекислый газ и метан, иначе туннель будет другой - с полетом к яркому свету и чувством благодати.

Глубину заложения тоннеля, его длину, расположение и форму определяют исходя из назначения тоннеля, топографических, геологических и климатических условий местности. Строительство тоннеля, или, как говорят строители, проходка тоннеля, производится открытым или закрытым способом. В первом случае работы ведутся на поверхности: разрывается котлован, в котором возводится тоннель. При этом строителям приходится вскрывать асфальтовое дорожное полотно, а также, при необходимости, перекладывать инженерные коммуникации, попадающие в зону работ. Закрытый способ предусматривает, что все работы будут проводиться под землей, не создавая неудобств автомобилистам и пешеходам.

Наиболее распространенным методом строительства тоннелей является так называемый «миланский способ», когда строители возводят стены тоннеля и укладывают перекрытия, по которым сразу же восстанавливается автомобильное движение. А защищенные «крышей» перекрытия строители достраивают тоннель, не мешая движению на поверхности.

При закрытом способе строительства тоннеля существует два метода работ: метод продавливания, когда мощный домкрат «впихивает» каркас тоннеля в толщу грунта, и метод щитовой проходки, когда механизированный тоннелепроходческий комплекс «бурит» тоннель впереди себя. Для строительства тоннеля с четырьмя полосами для движения в одну сторону потребуется щит диаметром 19 метров.

В зависимости от особенностей грунта различаются и технологии, используемые при проходке тоннеля. Если строительство идет в условиях мягких неустойчивых пород, то для начала возводят специальную крепь из арматуры и бетона, а неустойчивые грунты замораживают специальным составом или укрепляют с помощью особого раствора. Например, цементом, жидким стеклом с хлоридом кальция или синтетической смолой.

Когда тоннель проложен, в зависимости от инженерных и геологических условий, сооружают его обделку из монолитного бетона, железобетона, стали или чугуна.

При строительстве длинного тоннеля, в котором форма и размеры будут одинаковыми на всем его протяжении, применяют сборные конструкции. Правда, при этом необходимо с особой тщательностью подходить к вопросу скрепления отдельных блоков между собой. Гораздо проще строить тоннель из монолитных конструкций. Монолитные конструкции отливают прямо на месте, укладывая бетонную смесь новым современным бетонолитным оборудованием. Плюсы такого способа - в отсутствии транспортировки бетонных блоков, а также в отсутствии стыковочных швов между отдельными конструкциями, что делает тоннель более надежным и долговечным.

Конструкция тоннеля может быть разнообразной. Так, помимо собственно автомобильной дороги, в тоннеле могут быть построены автостоянки, пешеходные переходы, торговые центры - все это размещается уже над тоннелем. Каждый тоннель оснащен системой инженерных коммуникаций (водоотвод, вентиляция и пр.), а также служебными и технологическими помещениями. В стенах тоннеля строятся ниши под пожарные и электрические щиты, светильники. А в целях безопасности через каждые 100 м делают эвакуационные выходы на случай чрезвычайных ситуаций.

Железнодорожные тоннели часто используют, когда нужно спрятать места, которые делаю макет нереалистичным. Вы, наверное, заметили, что предоставленные макеты имеют тоннели, чтобы скрыть крутые путевые повороты, которые кажутся нереальными. Тоннели часто используют как границу между макетом и станционным парком. Даже своим собственным видом они могут вызвать необходимый интерес и привлекательность к вашему макету, за достаточно низкую плату.

Обратите внимание.

• В реальной жизни тоннели были и есть дорогими для строительства, достаточно часто выемка эксплуатируется до тех пор, пока не построят тоннель.
• Старые паровозы выпускали много пара и дыма, по этому, иногда строили вентиляционные шахты в тоннелях для вытяжки дыма, по той самой причине строились тоннели, которые били намного выше движения поездов которые проходили по ним, опять-таки для того, чтобы дым смог выйти наружу.

Порталы тоннеля.

Там где железная дорога (или дорога) входит в тоннель, есть опорная конструкция, которая поддерживает грунт и утёс, это называется портал тоннеля.

Если вы хотите, чтобы у вашей модельной железной дороги был тоннель, то это неплохая идея, сначала решите каким способом вы будете его строить. То ли вы его построите с ноля, соберёте из готовых деталей или приобретёте уже готовый для использования.

Если вы планируете прокладывать свой собственный маршрут из деталей, здесь есть шаблонные листы, которые вы можете загрузить, сделать копии и вырезать для сооружения портала двухпутного туннеля масштабом как ОО, так и N.

Вы имеете возможность приобрести детали для конструирования портала тоннеля таких брендов как Scalescenes и M etcalfe .

Тоннели в масштабе ОО

(Ниже описано, как я делал свои железнодорожные тоннели)

Инструкция: С самого начала, я запланировал построить тоннель на моем макете. Угол, который я выбрал для застройки тоннеля, имел самый остроугольный изгиб, который выглядел слишком остроконечным, для главной линии по которой передвигались поезда-экспрессы.

У меня действительно были серьёзные проблемы, имея три входящие пути (объединённые в 2 пути) и два выходящих. Это означало, что покупка стандартных концов тоннеля невозможна, поэтому, необходимо было строить собственные.

После того, когда я определил местоположение концов тоннеля, я сделал несколько образцов тоннеля (картонные образцы больше всего подходят) чтобы проверить габариты подвижного состава моих самых длинных и самых высоких поездов (самым высоким является поезд класса 90 вместе пантографом) на всех линиях.

Образцы тоннеля были, затем, перемещены на доску 5 мм толщиной, на ней я обвел форму тоннеля. Лобзиком я вырезал два образца концов тоннеля и отшлифовал их, чтобы убрать дефекты среза. Потом они устанавливаются на макет для того, чтобы проверить подходит ли к габариту подвижного состава.

Для покрытия тоннеля я решил использовать доску толщиной больше чем 5 мм. Сначала я положил лист картона на концы, а затем отметил те места, где были входы. Потом я снял картон и ориентировочно обозначилнесколько линий, для придания желаемой формы. Затем я вырезал эту форму моим лобзиком.

Крыша тоннеля прикреплена к входам планочками 2 X 1 (см). Планочки 2 X 1 (см) сначала привинчиваются к верхним частям тоннельных порталов, которые потом служат опорой для платформы, а затем фиксируется (привинчивается) верхняя часть доски. Дополнительная деревянная планка 2 X 1 привинчивается в дальнем углу тоннеля для поддержки задней стороны.

Покрытие: Для заполнения сторон тоннеля я решил использовать некоторые остатки проволочной сетки и метод папье-маше. Сетка была вырезана необходимой формы, а затем шурупами прикреплена к верхней части тоннеля (смотрите фото ниже). Добавим клей чтобы, перестраховаться в том, что проволока не оторвется.

Проволочная сетка в основном использовалась как опора для папье-маше.

Метод папье-маше: Папье-маше - простой и дешёвый способ для создания топографического (холм) пейзажа. Папье-маше просто делается с помощью нескольких слоёв полос газет, которые были пропитаны раствором ПВА и воды. При наращивании слоёв путем наложения полос (лучше всего менять направления полос) вы сможете возвести прочную массу бумаги и клея, которая становится заострённой при высыхании. Проволока, которую я использовал, усилит прочность пласта.

Тоннели в масштабе N

На своём макете я решил использовать тоннель, чтобы замаскировать острые углы и скрыть то, что монтажная схема пути имеют петлевую форму.

Для моего тоннельного канала я предпочёл купить несколько уже готовых деталей, которые я могу установить на мой подготовленный макет, а затем покрасить для придания им реализма. Тоннели, которые я использовал в данной ситуации, являются двухпутными, размером N .

Обычно на макете можно увидеть четырёхдюймовый вход в тоннель, из-за этого я выбрал 5 дюймовый вход в тоннель с трубой. Я сразу понял, что трубка, от туалетной бумаги срезанная по длине примерно на 7 мм, идеально подойдёт по размеру устья тоннеля, и кроме всего прочего, она была уже изогнута.

После того, как я прочел комментарий на форуме о том, как делают темные тоннели, у меня возникла идея, сделать бумагу с рисунком кирпичной стены для того чтобы затемнить тоннель. Я аккуратно подрезал ее по размеру и приклеил к внутренней стороне тоннеля клей-карандашом. Я приклеил туалетную трубку с этой бумагой к порталу тоннеля суперклеем.

Следующим шагом была установка его на мой макет. Я осторожно установил его и протестировал его с помощью нескольких вагонов, чтобы убедиться, что ни один из них не будет задевать внутренние стороны тоннеля. Все прошло хорошо, и я установил его с помощью термопистолета, но ядумаю, что почти любой клей подойдет.

Сейчас тоннель готов для создания прочного искусственного ландшафта.

Перевод Hornby UА

В конце декабря в Киеве откроется юбилейная 50-я станция метро – «Выставочный Центр». Участок пути и сама станция построены в рекордно короткие сроки – менее чем за один год.

В этом репортаже я покажу как выглядит станция за 4 недели до открытия, расскажу как строят метро и почему строительство метро на Теремки откладывалась с 80-х годов прошлого века, мы прогуляемся по тоннелю, а также увидим легендарный Зил-130 на железнодорожных колесах.

Это вестибюль новой станции:

Как же происходит прокладка самого тоннеля:

В тоннеле работает роторная машина (ее длина 120 метров, основная ее часть – это передняя головка (9 метров)), которая работает впереди и производит разуплотнение грунта вокруг тоннеля. Весь отработанный грунт вывозится на поверхность. Параллельно строится два тоннеля, в одном из них работает более современный механизированный комплекс «Herrenknecht», а во втором ТПМК «Wirth», более старый, но более надежный и с лучшими показателями проходимости.

Механизированный комплекс-щит должен находится на глубине равной или превышающей размер самого щита. Т.е. если диаметр щита 6 метров, то над ним должно быть как минимум 6 метров. Однако во время строительства этого участка Куреневско-Красноармейской линии во время прохода под Амурской площадью глубина была всего 1,5 м!

Головка комплекса «Herrenknecht»:

И с тыльной стороны – комплекс-щит и забой. Хорошо видны рассекающие перегородки, которые препятствуют вывалу грунта. Слева по окружности можно увидеть домкраты, которые упираются в последнее установленное кольцо и толкают щит вперед по мере разработки грунта.

А так выглядит хвост ручного комплекса:

Тонель состоит из колец, каждое из которых состоит из семи элементов. Круглое кольцо – это самая оптимальная конструкция для строительства тоннеля, значительно превосходящая квадратную форму. «Квадратные» тоннели строятся там, где тоннель строится открытым способом сверху, в Киеве – это метро на Харьковском массиве. Внутренний диаметр тоннеля – 5.4 м, это лучше чем 5.1 м, есть возможность безпроблемно размещать кабельные блоки.

Элементы колец:

Метро строят круглосуточно, на этой линии работают 2500 человек, включая рабочих комбината, а на участке станции и под землей непосредственно 1200 человек.

Легендарный Зил-130, который я видел на картинках до этого и впервые увидел здесь сам, грузовик на железнодорожных колесах смотрится ярко! 🙂 Таких машины 3, они используются для перевозки бетона, также работают два миксера.

Сам бетон загружается с поверхности через специальные скважины:

Наверное один из самых тривиальных вопросов дилетанта метростроевцу – «А встречали ли вы во время прокладки тоннеля что-то необычное и интересное?». «Ничего необычного для нас нет, все, что мы встречаем на пути – это проблемы и препятствия», даже несмотря на имеющиеся карты и схемы подземных коммуникаций, непланируемые препятствия продолжают встречаться. Случались столкновения с железобетонными блоками, происходила поломка машины. А ведь метро строят и под жилыми домами, хотя это скорее исключение из правил при строительстве этого участка.

Юбилейную 50-ю станцию «Выставочный центр» построили всего за один год, что является невероятным показателем, учитывая сложность данного участка. Чтобы успеть в срок было внедрено два нововведения – камера съезда поездов (участок пути, где поезда разворачивается в тоннеле) была спроектирована и построена перед (!), а не после станции. Начали строить станцию в феврале 2011.

Камера съезда:

Также эта станция имеет очень высокий и модернизированный свод, что позволило пройти щитами уже имеющеюся станцию транзитом. Так как она была построена раньше, чем тоннель через нее. Чтобы успеть в срок тоннель, станция и вестибюль строились параллельно. На момент открытия работать будет только одна сторона станции. В час-пик интервал движения будет составлять 50 секунд, что обеспечивается за счет 22 пар поездов на линии.

Вентиляционные установки:

В этом тоннеле есть три типа железнодорожного полотна. Участок полотна (165 м) с использованием шпал (более 800 единиц шпал) размещен на кривой под Амурской площадью, радиус кривой 300 м. На самой станции используются специальные «бетонные подкладки» под рельсы:

Заливка бетоном нижней части тоннеля, где затем происходит прокладка железнодорожного полотна:

Инспекция начальством проводится в 7 утра (!):

Владимир Иванович Петренко - председатель правления открытого акционерного общества «Киевметрострой»:

Наземное или подземное метро?

Метро должно быть подземным, оно не мешает имеющимся коммуникациям и транспортным развязкам, не создает шума для близлежащих домов. Саму станцию нужно закладывать на удобной глубине для пассажиров, эта глубина 12 метров. Наверное, многие замечали, что до и после станции метро уходит вниз. Зачем это сделано? Для экономии электроэнергии, после станции состав уходит вниз, происходит разгон, а подъезжая к станции – поднимается наверх, происходит естественное торможение и поезд выходит на станции на скорости 10 км/ч. Предельно допустимый уклон составляет 0,040 («сорок тысячных») – это 4 см в высоту на 1 метр пути.

Строительство Куреневско-Красноармейской линии в сторону Теремков рассматривалось еще в 1983 году Щербицким, однако было заморожено в связи с очень высокой сложностью строительства участка Лыбедская – Автовокзал, пойти глубоким заложением не представлялось возможным, так как в тот момент не хватало мощности пройти труднодоступные спондиловые глины, а мелким заложением проходить было невозможно из-за необходимости проводить глубокую заморозку грунтов вокруг тоннеля. Заморозка грунтов – это один из способов предотвращения затопления тоннеля и отведения воды, ведь в этом месте протекает речка Лыбидь. И только сейчас новые технологии позволили пройти речку Лыбидь, новые щиты оснащены «грунтовым пригрузом» – это технология, которая позволет делать прижатие забоя таким образом, чтобы не было осадки поверхности, т.е. грунт вокруг тоннеля уплотняется.

По состоянию на декабрь 2011 один щит уже прошел дальше на 400 метров и уже на пол пути к станции «Ипподром», второй щит пересекает ул. Академика Глушкова.