Использование подземного пространства

Краткий исторический обзор подземного строительства в мире. Часть 2

Начиная с XIII в . на юго-востоке Нидерландов широкое распространение получила подземная добыча известняка для строительства. Всего зарегистрировано около 250 каменоломен, в основном, частного характера, площадью от нескольких десятков метров до 100 га [Бреулс , 1998]. Большинство этих выработок, расположенных на глубине 20—25 м, сосредоточено в долина Зихен и Зассен в 10 км от Маастриха . Добывая камень, рабочие прокладывали глубокие шахты к пласту известняка. При достижении пласта прорезали отдельный ход со ступенями, идущий к кухне, сараю или хозяйственной постройке на дневной поверхности. По окончании строительства выработки использовались как хранилища, колодцы (при повышении уровня грунтовых вод), убежища на время многочисленных войн. На стенах шахт находят рисунки всадников и солдат, изображённых в униформе армий практически всех стран мира, проходивших за истекшие 7 веков через территорию Нидерландов.

В 1450 году было начато строительство тоннеля на дороге между Ниццей и Генуей. Вскоре работы были приостановлены и возобновлены лишь через 300 лет. Однако в 1794 году строительство было полностью прекращено и над незаконченным тоннелем устроена дорога.

В конце XV в . на территории Московского Кремля было проложено несколько водопроводных тоннелей с обделкой из каменной кладки. В XVI в ., в период правления Ивана Грозного, в Москве велось активное подземное строительство. В частности, в 1657 году В. Азначеевым была предпринята попытка строительства подводного тоннеля под р. Москвой. В XVII в . в Пскове и Великом Новгороде было проложено несколько подземных ходов протяжённостью до 200 м с деревянным и каменным креплением свода и стен.

В XVII—XIX вв. во Франции было пройдено несколько судоходных тоннелей:

в 1679—1681 годах на участке Лангедокского канала, соединявшего р. Гаронна со Средиземным морем, тоннель длиной 164 м, высотой 8,2 м и шириной 6,7 м, пересекающий возвышенность Мальпас к северу от Пиренеев (Мальпасский тоннель, впервые в истории тоннельного дела, был пройден с применением пороха); в 1784—1838 годах в разделительном бьефе канала Нивернэ между реками Сана и Луара были построены три судоходных тоннеля общей протяжённостью около 1500 ми шириной 7 м;

в 1787—1789 годах на Центральном канале между реками Луара и Сена был сооружён тоннель Торси длиной 1276 м, шириной 2,6 м и высотой 2,9 м;

в 1802—1809 годах на Сен-Кантенском канале между реками Уаза и Шельда были пройдены два тоннеля: Рикеваль , длиной 5670 м, и Тронкуа , длиной 1098 м. Ширина этих тоннелей — 8 м. В общей сложности, к началу XIX в. во Франции были построены около 40 судоходных тоннелей.

Не отставала от Франции и её историческая соперница — Англия: в период с 1766 по 1769 годы на канале, соединяющем каменноугольные копи с Манчестером, были пройдены 5 судоходных тоннелей, самый протяжённый из которых — Харкэстль , — имел длину 2632 м, ширину 2,7 м и высоту 3,7 м. В 1825—1827 годах параллельно ему был пройден ещё один тоннель длиной 2675 м, шириной 4,3 м и высотой 4,9 м. Всего за тот же период времени, что и во Франции, в Англии были построены около 60 судоходных тоннелей.

В США первый судоходный тоннель длиной 137 м, шириной 6,1 м и высотой 5,5 м был построен в 1818—1821 годах на Шюйкильском канале. В 1828 году в Пенсильвании был сооружён судоходный тоннель Лебанон длиной 223 м, шириной 5,5 м и высотой 4,6 м.

Вторую четверть XIX в . можно считать началом эпохи промышленного тоннелестроения. Наряду с судоходными , активно возводились железнодорожные тоннели. Первый из них был проложен в 1826—1830 годах в Англии на линии Ливерпуль-Манчестер, длина его составляет 1190 м. В тоже время во Франции был построен железнодорожный тоннель на линии Роанн — Ан дрезье . В США первый железнодорожный тоннель был сооружён в 1831—1833 годах на линии Аллегэни —Портэдж в Пенсильвании. Длина тоннеля составила 270 м, высота 5,8 м, ширина 6,1 м.

Отцом тоннелестроения М. Брюннелем в 1825 году был предложен метод щитовой проходки, с помощью которого в мягких породах под р. Темзой был пройден тоннель протяженностью 450 м (рис. 1.4). Строительство было завершено в 1832 году. Инженерами Барлоу и Трейтхедом в 1869 году был сооружён второй подводный тоннель под Темзой длиной 450 м и внутренним диаметром 2 м. Для его проходки был использован щит кругового сечения с обделкой из чугунных сегментов. Этот щит является прообразом современных тоннелепроходческих щитов.

Важным этапом становления эпохи промышленного тоннелестроения является сооружение Лондонского метрополитена, открытого для движения в 1862 году. Первый участок имел протяжённость всего 3,6 км, однако уже в 1863 году парламентская комиссия одобрила сооружение 30-ти километровой подземной окружнои железной дороги. Она была введена в эксплуатацию в 1884 году и на одном из ответвлений включила в себя тоннель Брюннеля оказавшийся самым старым участком Лондонского метро. В 1890 году на подземной части Южно-Лондонской линии была введена электрическая тяга поездов. До этого поезда ходили на паровой тяге и тоннели были заполнены паровозным ДЫМОМ И КОПОТЬЮ.

Первые методы механизации проходческих работ были разработаны в середине XIX в . во время строительства протяжённых альпийских тоннелей. Первым из них стал двухпутный Мон-Сенисский тоннель между Францией и Италией протяжённостью 12 850 м. Работы были начаты в 1857 году, но продвигались крайне медленно. Для увеличения скорости проходки были сконструированы бурильные машины, работающие от сжатого воздуха а в январе 1861 года здесь впервые было применено механическое бурение. Движение в тоннеле было открыто 17 сентября 1871 года.

Второй альпийский тоннель — Сен-Готард , — начали строить в сентябре 1871 года (рис. 1.5). Двухпутный тоннель длиной около 16 300 м проходит в сильно нарушенных гранитах, гнейсах, сланцах и др. породах. При его сооружении порох впервые был заменён динамитом, применены гидравлические бурильные машины и механическая откатка породы. Строительство было завершено в 1882 году.

Дальнейшее совершенствование методов проходки позволило пройти двухпутный Альбергский железнодорожный тоннель длиной 10 270 м между долинами рек Инн и Рейн за четыре года: с 1880 по 1884 годы.

Значительно более грандиозный Симплонский тоннель между Италией и Швейцарией, протяжённостью 19 780 м, был построен в период с 1898 по 1906 годы. Значительная длина сооружения заставила его проектировщиков отказаться от принятой для всех остальных альпийских тоннелей двухпутной схемы движения и заменить её двумя параллельными однопутными тоннелями, расположенными на расстоянии 17 м один от другого.

В этот же период времени были сооружены ещё около 10 альпийских тоннелей протяженностью от 6 100м до 14 600 м. Наибольшую трудность вызвало строительство тоннеля Лечберг . Строительство было начато в 1906 году и до июля 1908 года проходило нормально. 24 июля 1908 года произошёл внезапный прорыв воды в тоннель и участок протяжённостью 150 м был заполнен жидкой массой песка, ила и щебня. При проведении обследования было выявлено, что тоннель пересёк тектонический разлом, заполненный аллювиальными отложениями. Через этот разлом прошла вода из р. Кордер , расположенной на высоте 180 м над трассой тоннеля. Строителями было принято решение обойти место прорыва, что увеличило общую длину сооружения на 870 м.

Немного раньше тоннеля Лечберг на севере Италии был пройден однопутный тоннель Гатико протяжённостью 3 310 м. При его строительстве впервые были применены вертикальные кессоны для проходки участка длиной 344 м в слабых водоносных грунтах.

Первые железнодорожные тоннели в России были сооружены в 1859 — 1862 годах на железной дороге Санкт-Петербург-Варшава .

В 1892 году в Грузии было завершено строительство четырёхкилометрового тоннеля через Сурамский перевал. Строительство в трещиноватых породах с большим горным давлением, в основном, велось способом опёртого свода. В этом тоннеле, впервые в России, была применена гидравлическая машина для бурения шпуров. Расчёт свода, как упругой арки, был выполнен по предложению проф. Л.Ф. Николаи.

По окончании П ервой мировой войны в Италии на линии Флоренция—Болонья был выстроен железнодорожный тоннель протяжённостью 18 510 м.

В 1923—1927 годах в штате Колорадо (США) был сооружён однопутный Моффатский тоннель сечением 4,8x7,2 м и длиной 9 800 м. Начатый в 1922 году, почти одновременно с ним, тоннель Шилизу в Японии, протяжённостью 9 700 м, был завершён лишь в 1931 году.

В сложных гидрогеологических условиях велось строительство Таннского тоннеля длиной 7 800 м, расположенного на железной дороге Токио—Кобэ . Строительство было начато в 1918 году и завершено в 1934 году. В 1936—1941 годах в Японии под Симонесским проливом был построен один из первых в мире протяжённых подводных тоннелей. Его длина составила 6 330 м.

В 1939 году в Кардифоре (США) был построен, по-видимому первый в мире, подземный гараж. Заглублённый под одну из площадей города на 10,7 м, он одновременно являлся убежищем для населения на особый период. С 1940 года в США начинают активно использоваться заброшенные выработки в известковых карьерах в качестве холодильников для длительного хранения скоропортящихся пищевых продуктов. Исследования, проведённые американскими специалистами, показывают, что в подземных известковых выработках в течение длительного времени сохраняются постоянная температура и влажность. В случае отключения приборов охлаждения температура в подземных складских помещениях поднимается на 3°С в течение 60 дней.

А в 1948 году в г. Наантали (Финляндия ) было сооружено одно из первых в мире подземных нефтехранилищ.

До начала В торой мировой войны в Германии шло интенсивное строительство подземных заводов. Для этого использовались:

существующие горные выработки с расширением отдельных участков до необходимых размеров;

горизонтальные горные выработки внутри холмов или гор;, подземные и полуподземные сооружения, возводимые в глубоких котлованах (нередко использовались глубокие овраги, тальвеги и прочие естественные углубления).

Одним из наиболее крупных был завод для производства ракетных установок ФАУ-1 и ФАУ-2 в Нордхаузе (Тюрингия), расположенный внутри большого холма. Завод состоял из двух параллельных тоннелей длиной 2,3 км и шириной 12,5 м, расположенных на расстоянии 1,4 км один от другого. Тоннели соединялись друг с другом 46-ю поперечными выработками. Общая полезная площадь подземного пространства составляла около 15 га.

По окончании В торой мировой войны строительство подземных заводов приобрело широкий размах в Великобритании. Для этого, обычно, использовались заброшенные горные выработки. Например, в одной из заброшенных шахт, существовавшей ещё в Первую мировую войну, был размещён подземный завод по изготовлению деталей самолётов. Общая полезная площадь завода составляла около 6 км 2 .