Ранние туннели. Современные методы строительства туннелей

Первый подводный туннель был, вероят­но, построен примерно в 9 в. до н. э. в цар­ствование вавилонской царицы Семира­миды. Строители отвели воды Евфрата, а в ложе реки проложили туннель протя­женностью около 900 м, вымостив его кирпичом и покрыв слоем битума толщи­ной около 2 м. Туннель соединял дворец с крепостью.

Во время войн туннели нередко исполь­зовались для прорыва вражеской обо­роны. Историки почти не сомневаются, что стены Иерихона рухнули после того, как под ними был подкопан туннель - пройдя по нему, противник поджег дере­вянные опоры, поддерживавшие крышу. Римляне использовали туннели (неко­торые из них проходили сквозь твердые скальные породы) при строительстве ак­ведуков. Акведук Аппия, построенный в З12 г. до н. э., тянулся по туннелю около 25 км.

После римлян вплоть до XVII в. строи­тельство туннелей заглохло. В 1681 г. в Мальто, неподалеку от Безье, в скале был пробит туннель длиной 158 м, по ко­торому потекли воды канала Миди. Ка­нал проходил по территории Франции от Бискайского залива до Средиземного мо­ря. Строители туннеля впервые вели взрывные работы; для этого порох за­кладывали в специально пробуренные отверстия – шпуры.

Типичный участок забоя со шпурами, куда закладывают взрывчатку. [А] – шпуры в вертикальном сечении, [Б] – в горизонтальном с заложенными зарядами взрывчатки. При взрыве твердая порода раскалывается на множество обломков, которые заваливают забой. Устройство для удаления обломков [В] состоит из механической лопаты, загружающей породу в длинную вагонетку, и транспортера, по которому обломки движутся в небольшие вагонетки, в то время, как устройство перемещается вглубь туннеля.

Современные методы строительства туннелей. В твердых породах туннели обычно про­кладывают методом бурения и взрыва. Шпуры сверлят в скале пневматиче­ским буром, при этом бурильщики нахо­дятся на подвижной платформе, переме­щающейся по временным рельсам. Бур с наконечником из карбида вольфрама за несколько минут позволяет просверлить шпур длиной 2-3 м. По окончании буре­ния в шпур закладывают взрывчатое ве­щество большой силы (например, дина­мит) и подрывают его. Куски скальной породы и крошку поднимают, грузят в думпкары и вывозят на поверхность.

Мягкие породы - песчаник, глину, мел - режут с помощью автоматических машин.

В 1967 г. при про­ходке туннеля диа­метром 10,3 м в мягкой скальной по­роде под р. Мерсей у Ливерпуля была использована машина для выемки породы и транспортировки ее к скипам, движу­щимся сзади по рельсам. Машина снабжена приспособле­ниями для установки бетонных секций облицовки.

Одна из крупнейших ма­шин использовалась при проходке 5 тун­нелей диаметром 9 м и длиной 480 м каждый в песчанике и известняке при со­оружении плотины Мангла в Пакистане в 1963 г. Подобные механические устрой­ства оборудованы гидравлической режу­щей головкой, при медленном повороте которой происходит срезание породы в торце туннеля. Механическая лопата сгребает срезанную породу на транспор­тер, перебрасывающий ее в думпкары. Готовые бетонные секции облицовки устанавливают на место при помощи спе­циальных приспособлений.

Узкие туннели иногда строят методом открытой проходки, при которой экскава­торы роют траншею нужной глубины. Полностью готовую секцию туннеля укладывают на дно и засыпают грунтом, извлеченным во время прокладки тран­шеи.

При проходке туннелей под водой в зо­не выемки грунта создается избыточное давление воздуха. После облицовки тун­неля за нее насосами нагнетают це­ментный раствор, обеспечивающий ги­дроизоляцию. Иногда при проходке во­доносных пород вдоль маршрута проход­ки туннеля прокладывают трубы, по которым насосами прокачивают жидкий азот. Вода в этих породах замерзает, что дает возможность вести строительные работы.

Реконструированный узел лондонского метрополитена позволил обеспечить взаимодействие трёх линий: «Бейкерлоо» (коричневый цвет), «Центральной» (оранжевый) и «Виктории» (голубой). Чуть выше уровня улицы под стальным «зонтиком» находится новый кассовый зал. Линия «Виктория» была построена с помощью автоматических землеройных машин, проходящих до 18м туннеля в сутки.

Машины имеют 2 стальных ротора; режущая кромка внешнего ротора осуществляла проходку глинистой породы. В районе одной станции пришлось замораживать водоносные слои закачиванием жидкого азота по трубам, находящимся на расстоянии 1,6 м друг от друга. Диаметр станционных туннелей на линии «Виктория» 6,5 м.

Самый длинный в мире (36 км) туннель Сейкан соединит о. Хонсю с о. Хок­кайдо. Туннель от воды отделяют не меньше 100 м скальных пород, но, чтобы она не просочилась внутрь под большим давлением, в сере­дине туннеля соору­жаются дополнитель­ные участки под укло­ном для стока воды к мощным откачивающим насосам. 22 км туннеля прокладыва­ют в вулканических породах, используя как взрывной метод, так и машинную проходку.

Туннель для четырёхполосного движе­ния автотранспорта под одним из каналов Амстердама построен в 1967 г. в основном методом погружения, но секция с вентиля­ционным оборудова­нием изготовлена на месте. Коробчатые секции туннеля из напряженного железобетона длиной 70-90 м и массой до 17000 т каждая обеспечивают двустороннее движе­ние по полосам шири­ной 7 м в одном уровне. Вентиляторы расположены под по­лотном дороги. Дно канала оказалось топким, секции тун­неля со скользящими пластиковыми про­кладками укладывали на бетонный желоб, опирающийся на длинные сваи.

Секции туннеля изолировали от воды слоем битума и оборачивали стальной лентой.