Как построить тоннель

4 части:Факторы, учитываемые при строительстве тоннеляПрорытие траншеи и установка настилаТоннель из опускных секцийИспользование буровой проходческой машины

Первоначально тоннели служили для доставки воды и отвода сточных вод и нечистот; первые тоннели были построены в Римской империи. Для передвижения тоннели начали использовать в XVII веке, включая их в системы каналов. С появлением железных дорог в XIX веке и автомобилей в XX тоннели получили широкое распространение, став более длинными и конструктивно сложными. Наиболее распространенные способы построения тоннеля заключаются в прорытии траншеи и установке настила, создании подводного тоннеля из опускных секций, а также использовании буровой тоннелепроходческой машины.

Шаги

Часть 1 из 4: Факторы, учитываемые при строительстве тоннеля

1. 1 Рассмотрите место, где будет проложен тоннель. От места строительства тоннеля зависят используемые метод и оборудование. Тоннели можно разделить на три типа:
   • Тоннели, прорытые в мягких породах. Чтобы такие тоннели не осыпались, их своды дополнительно укрепляют. Как правило, эти тоннели неглубоки; их прокладывают для поездов метро, доставки воды и канализационных стоков.
   • Тоннели в каменных породах. Своды таких тоннелей не требуют основательного дополнительного укрепления, нередко оно вообще не нужно. Подобные тоннели строят для автомобильных и железных дорог.
   • Подводные тоннели. Как следует из названия, эти тоннели прокладывают по дну рек, озер и каналов; например, под проливом Ла-Манш проходит так называемый Евротоннель. Эти тоннели самые сложные в строительстве, поскольку из них необходимо отводить воду на стадии возведения и при дальнейшей эксплуатации.
   • Прокладка тоннеля под городом также сопряжена с немалыми трудностями, так как почва над тоннелем может просесть под весом стоящих над ним зданий. Знание геологии конкретной местности позволяет предсказать, насколько просядет почва, и свести ее проседание к минимуму.
2. 2 Изучите маршрут тоннеля. Длинные прямые тоннели довольно легко прокладываются при помощи буровой тоннелепроходческой машины. Сложнее обстоит дело со строительством искривленных тоннелей.
   • Для прокладывания коротких тоннелей буровая машина не используется, поскольку это нерентабельно.
   • Необходимость использования буров различных диаметров также затрудняет применение тонеллепроходческой машины, поскольку замена бура значительно замедляет работу.
   • Применение буровой машины нерационально также, если тоннель имеет повороты или ответвления.
3. 3 Подумайте о предназначении тоннеля. От этого будут зависеть дополнительные работы, которые необходимо провести после прорытия тоннеля перед тем, как ввести его в эксплуатацию.
   • Если через тоннель будет проезжать транспорт с пассажирами, необходима система вентиляции. В автомобильных тоннелях это сеть вентиляционных шахт, служащих для отвода угарного газа. В железнодорожных тоннелях применяется принудительная вентиляция воздуха для отвода выхлопных газов дизельных двигателей. В обоих случаях тоннели снабжены также системой отвода дыма в случае возникновения пожара.
   • Интенсивно используемые тоннели, например, Большой бостонский тоннель, могут быть снабжены центрами управления с камерами видеонаблюдения для контроля движения и предотвращения чрезвычайных ситуаций.
   • Длинные дорожные тоннели, такие как Лефортовский тоннель в Москве, нередко оснащены подвесными фонарями для удобства водителей и пассажиров. Бывает и так, что в толще породы, через которую проложен тоннель, проделываются отверстия, пропускающие солнечный свет снаружи (например, тоннель Эйзенхауэра в Колорадо, США).
   • Некоторые тоннели, такие как Квинсуэй между Ливерпулем и Беркенхедом в Великобритании и тоннель через Львиную скалу в Гонконге сочетают верхнюю автомобильную трассу с проложенными ниже водяными и канализационными трубами и кабелями. Другие, например тоннель SMART в Малайзии, кроме транспортных целей, могут использоваться также для предотвращения наводнений[1].

Часть 2 из 4: Прорытие траншеи и установка настила

1. 1 Выкопайте траншею. Из места, отводимого под тоннель, полностью удаляется порода, после чего над вырытым участком делается крыша. Такой вид тоннелей делается двумя способами:
   • Снизу вверх: создается опора, внутри которой формируется сам тоннель.
   • Сверху вниз: стены и крыша тоннеля создаются на уровне земли, и тоннель выкапывается под ними.
   • Оба метода применяются главным образом для создания неглубоких тоннелей, хотя метод "сверху вниз" позволяет вырыть более глубокие тоннели по сравнению со способом "снизу вверх". Более глубокие тоннели создаются при помощи проходческого щита, имеющего вид коробки с небольшими отверстиями и резцами, вгрызающимися в породу. По мере удаления породы перед собой проходческий щит постепенно продвигается вперед[2].
2. 2 Сформируйте стены и крышу тоннеля. Стены и крышу можно сделать уже после того, как тоннель вырыт, либо создать заранее и поместить в тоннель, когда он будет готов. Можно использовать следующие материалы:
   • Гофрированные арки из стали.
   • Арки из бетона, отлитые заранее.
   • Стены, отлитые из бетона.
   • Распыляемый или порошковый бетон. Нередко его используют наряду с предварительно приготовленными арками.
3. 3 Завершите тоннель. Конкретный способ зависит от использованного вами метода ("снизу вверх" или "сверху вниз").
   • Тоннели, созданные методом "снизу вверх" надо обеспечить подпорками, чтобы их стены и крыша выдерживали вес, который будет помещен поверх тоннеля.
   • Тоннели, построенные методом "сверху вниз" вырываются под землей, служащей стенами, и в этом случае необходимо выложить пол прочными плитами[3].

Часть 3 из 4: Тоннель из опускных секций

1. 1 Выройте траншею в месте пролегания тоннеля. Этот метод похож на предыдущий, однако он используется для создания тоннелей под водой. Выкопайте траншею вдоль всего маршрута, по которому пройдет тоннель.
2. 2 Положите в вырытую траншею стальные трубы. Трубы должны быть запечатаны с торцов, чтобы в них не проникла вода. Если тоннель предназначен для автомобильного транспорта, трубы должны содержать построенное заранее дорожное полотно.
3. 3 Заполните трубы чем-либо, чтобы они не деформировались под давлением воды на глубине. Например, при строительстве тоннеля Теда Вильямса в Бостоне трубы заполняли полутораметровыми камнями.
4. 4 Сняв с торцов труб крышки, соедините их вместе. Фрагменты автомобильной или железной дороги, созданные в трубах заранее, также состыкуются друг с другом.

Часть 4 из 4: Использование буровой проходческой машины

1. 1 Выберите буровую машину, подходящую для ваших целей. Буровые тоннелепроходческие машины, называемые также проходческими щитами или "кротами”, имеют округлые резцы впереди корпуса. Эти резцы вгрызаются в породу, фрагменты которой попадают через отверстия в передней части щита на ленточный конвейер, выгружающий их позади машины.
   • Вид используемой машины зависит от того, в какой породе предстоит вырыть тоннель: мягкой, влажной, либо каменистой почве. Диаметр проходческих щитов варьируется в широких пределах: так, поперечное сечение щита компании Aker Wirth, использованного при сооружении электростанции Линт-Лиммерн в Швейцарии, составлял 8,03 м (26,3 фута), а диаметр щита "Большая Берта", выпускаемого фирмой Hitachi Zosen -- 17,5 м (57,5 футов).
   • Машины, предназначенные для рытья тоннелей под водой, спереди оснащаются также камерами для нагнетания давления в породе.
   • В случае большого объема работ применяются несколько тоннелепроходческих машин одновременно. Например, в создании тоннеля под Ла-Маншем было задействовано 11 установок[4].
2. 2 Подведите машину к месту работы. При рытье тоннеля вровень с землей это не составляет труда. В случае более глубоких тоннелей, как правило, сначала высверливается входная шахта (обычно круглая), укрепляемая бетоном. Тоннелепроходческую машину опускают в эту шахту, откуда и начинают рыть тоннель.
   • Для создания длинных тоннелей просверливают множество входных шахт.
   • После того, как тоннель прорыт, входные шахты могут выполнять роль вентиляционных отверстий либо запасных выходов. Если же они не нужны для данных целей, их просто оставляют как есть[5].
3. 3 По мере создания тоннеля машиной в нем устанавливаются подпоры. В качестве подпор можно использовать литые бетонные кольца, помещая их за проходческой машиной через одинаковые промежутки.
4. 4 Стены между кольцами опрыскиваются бетонным раствором. Бетонный спрей, или торкрет-бетон позволяет укрепить стены тоннеля. Для прочности в торкрет-бетон нередко добавляют стальные или полипропиленовые волокна, что напоминает технологию создания железобетона[6]. Торкрет-бетон содержит также катализатор, способствующий его лучшему налипанию на поверхность стен и более быстрому затвердеванию.

Советы

• Первоначально тоннели в каменистых породах создавали путем просверливания отверстий в камне, закладывания в них взрывчатки (сначала пороха, позднее динамита) и взрыва. Для поддержания стен и потолка тоннеля возводили временные опоры из дерева, которые постепенно заменяли кирпичной или каменной кладкой. Затем с этой целью начали использовать кольца из литого железа, соединяя их болтами.
• В мягкой породе тоннель можно проделать бурильным молотом, извлекая породу через трубу, либо с помощью экскаватора, снабженного коробчатым наконечником с резцами. В первом случае тоннели получаются относительно узкими, диаметром не более 3,2 м (10,5 футов), в то время как экскаватором можно вырыть тоннель диаметром 20 метров.