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

Туннель завершили в 1988 году, и он тянется на 54 километра, достигая глубины 240 метров, но его подводная часть (23,3 километра) - это карлик рядом с Чаннел-Туннелем или «чуннелем» (Channel Tunnel, Chunnel), соединяющим Великобританию и Францию. Его завершили в 1994 году, и подводная часть туннеля насчитывает от 38,6 до 50 километров, однако погружается всего на 75 метров в глубину.

Однако оба туннеля становятся карликами по сравнению с туннелем Мармарай (Marmaray Tunnel), стоимостью 3,3 миллиарда долларов, который . Его 13,2-километровый железнодорожный путь (в том числе 1400 метров по морскому дну пролива Босфор) соединяет азиатскую и европейскую части Стамбула, тем самым делая его первым железнодорожным туннелем, соединяющим два континента.

Что ж такого замечательного в полуторакилометровом туннеле по сравнению с многокилометровыми «Сейкан» и «Ченнел»? Разница в подходах. В то время как предшественники Мармарай взрывали и пробивались сквозь твердые породы, турецкий туннель был собран по частям в траншее на дне Босфора, что сделало его самым длинным и самым глубоким погружным туннелем, когда-либо созданным. Инженеры выбрали это решение, используя предварительно собранные секции, соединенные толстыми, гибкими, резиново-стальными пластинами, чтобы лучше бороться с региональной сейсмической активностью.

На протяжении какого-то времени культурные и исторические артефакты из старого Стамбула, которые находили на морском дне, замедляли процесс раскопок туннеля Мармарай, поэтому 3,6-километровый туннель Эресунн, соединяющий Швецию и Данию оставался крупнейшим погружным туннелем. Подрядчики выстроили его из 20 элементов по 176 метров каждый, соединенных меньшими, 22-метровыми секциями.

Между погружными туннелями вроде Мармарай и Эресунн и обычными вроде «Чуннеля» есть еще много чего. Давайте углубимся немного и рассмотрим еще один метод строения туннелей, который используется с начала 19 века.

Проходческий щит необычных размеров

Самый старый подход к строительству подводных туннелей без отвода воды известен как проходческий щит; инженеры используют его и по сей день.

Щиты решают распространенную, но весьма неприятную проблему: как копать длинный туннель сквозь мягкую землю, особенно под водой, чтобы его передняя кромка не обрушилась.

Чтобы получить представление о том, как работает щит, представьте себе кофейную чашечку с заостренным концом, в котором есть несколько крупных отверстий. Теперь, взявшись за открытый конец чашечки, продавите ей мягкую землю и увидите как грязь выходит через отверстия. В масштабе настоящего щита несколько людей (mucker и sandhog) будут стоять внутри отсека и очищать его от глины или грязи по мере заполнения. Гидравлические домкраты будут постепенно продавливать щит вперед, а экипаж будет устанавливать металлические поддерживающие кольца, отмечая ими продвижение вперед, а после на их основе делать бетонную или каменную кладку.

Для того, чтобы сквозь стены туннеля не просачивалась вода, передняя часть туннеля или щита иногда подвергается давлению сжатого воздуха. Рабочие, которые могут выдержать только короткие периоды в таких условиях, должны пройти через один или несколько шлюзов и принять меры предосторожности против болезней, связанных с давлением.

Щиты используются до сих пор, особенно при установке трубопровода или водопроводных и канализационных труб. И хоть этот метод достаточно трудоемкий, он обходится лишь в малую часть от того, в какую цену выливается использование его родственников - туннельных буровых машин (ТБМ).

ТБМ - это многоэтажный монстр разрушения, способный прогрызаться через твердую скалу. В передней части его режущей головы находится гигантское колесо с породоразрушающими дисками и ковшами для выгрузки отработанного камня на ленточный конвейер. В некоторых крупных проектах, вроде «Чуннеля», отдельные машины начинали двигаться с противоположных концов и сверлили к конечной точке, используя сложные методы навигации, чтобы не промахнуться в итоге.

Бурение через твердую скалу создает в основном самонесущие туннели, и ТБМ движется вперед быстро и безжалостно (при строительстве туннеля Chunnel машины двигались порой и на 76 метров в день). Минусы: ТБМ ломается чаще, чем подержанная «копейка», и плохо работает с битыми или перекрученными скалами - поэтому иногда продвигаться не удается так быстро, как хотелось бы инженерам.

К счастью, ТБМ и щиты - это не единственные игроки на поле.

Дайте ему утонуть!

Строить кладку и поддерживающие кольца и одновременно вгрызаться в мягкую землю или твердую скалу - это, конечно, не пикник, но пытаться сдержать море под водой способен разве что Моисей. К счастью, благодаря изобретению американского инженера У. Дж. Уилгуса, затонувшего или погружного трубчатого туннеля (ITT, ПТТ), нам и не нужно пытаться повторить подвиг пророка.

ПТТ не пробиваются сквозь камень или почву; они собираются вместе из частей. Уилгус испытал эту технологию при строительстве железной дороги на реке Детройт, соединяющей Детройт и Виндзор. Технология прижилась, и в 20 веке было построено более 100 таких туннелей.

Чтобы сделать каждый сегмент туннеля, рабочие сливают вместе 30 000 тонн стали и бетона - достаточно для строительства 10-этажного дома - в массивную форму, а после дают настояться в течение месяца. Формы включают пол, стены и потолок туннеля и первоначально закрыты с концов, что делает их водонепроницаемыми при перевозке в море. Перевозят формы погружные понтоны, большие судна, напоминающие нечто среднее между козловым краном и понтонной лодкой.

Спускаясь по предварительно вырытому желобу, каждая часть туннеля заполняется достаточно, чтобы утонуть самостоятельно. Кран медленно опускает секцию в нужное положение, а водолазы направляют его, сверяясь по GPS. Как только каждый новый раздел соединяется со своим соседом, их соединяет плотная резина, которая надувается и сжимается. После экипаж снимает уплотняющую перегородку и откачивает оставшуюся воду. Как только весь туннель будет построен, его засыпят, возможно, битой скалой.

Строительство погружных труб может проводиться глубже, чем в других случаях, поскольку технике не нужно использовать сжатый воздух, чтобы удерживать воду за бортом. Команды могут работать дольше. Кроме того, погружные конструкции могут быть отлиты в любой форме, в отличие от туннеля ТБМ, который повторяет по форме путь продвижения машины. Тем не менее, поскольку погружные туннели составляют лишь часть морского дна или русла реки, для наземных входов и выходов требуются другие механизмы и техники строительства туннелей. В подводном туннелировании, как и в жизни, все средства хороши.

Этапы строительства метро:

Выбор места расположения

В первую очередь метро прокладывают в отдаленные районы столицы. При этом учитывается, сколько там проживает людей и сколько жилья построят в будущем, а также есть ли в районе промышленные предприятия, бизнес-кластеры и большие офисные центры, в которые ежедневно люди приезжают на работу. На выбор места для новой станции влияет и такой фактор, как заселенность соседних районов и даже Подмосковья. Зачастую станцию решают строить там, где движение автомобилей наиболее плотное.

Инженерные изыскания

На этом этапе происходит сбор сведений, необходимых для дальнейшей разработки технико-экономического обоснования проекта и рабочей документации на строительство. В состав инженерных изысканий для строительства метро должны входить геологические, геодезические, экологические и другие виды изысканий по необходимости.

Проектирование

На этом этапе определяются глубина заложения, типы конструкций и способ проходки подземных тоннелей, составляется проектно-сметная документация. Проще говоря, проектировщики определяют оптимальный «маршрут» подземной дороги и место заложения станции.

Проект готовится таким образом, чтобы строительство не повредило архитектурные памятники, здания на поверхности, парки и скверы и при этом стоило бюджету как можно меньше затрат. Если трасса тоннеля проходит вблизи уже существующих объектов, то при необходимости разрабатываются методы инженерной защиты этих сооружений от шума, вибраций и блуждающих токов, возникающих при строительстве и эксплуатации линий метрополитена.

Строительство

От того, какие объекты расположены на поверхности, главным образом зависит, как глубоко уйдет новая станция. Под уличными магистралями метро может «спрятаться » совсем на небольшой глубине - менее 20 метров. Это самый экономичный вариант, который выбран для большинства новых станций. Если сверху - жилые дома, то «спускаться» придется глубже.

Различают закрытый способ строительства, без вскрытия поверхности, и открытый способ, при котором тоннели и станции строятся, соответственно, в разрытых траншеях и котлованах и после засыпаются грунтом.

Закрытый способ применяется при строительстве линий глубокого заложения, станции мелкого заложения строятся преимущественно открытым способом.

Строительство «глубокого» метро начинается с прокладки шахтного ствола для клети (лифта), который будет доставлять метростроевцев и необходимое оборудование «на рабочее место». Площадку, которая вырывается вокруг ствола, можно сравнить с огромной лестничной клеткой. Отсюда начинается прокладка тоннеля. На той же клети после бурения ежедневно на поверхность вывозятся десятки тонн грунта.

Чем глубже станция, тем она дороже и требует больше ресурсов. В 2011 году в Москве было решено большинство новых станций прокладывать открытым способом. Достаточно выкопать котлован, установить бетонные конструкции, выполнить обратную засыпку и уже внутри полученного коридора укладывать пути. Это не только дешевле, но и гораздо быстрее, чем строить станции глубокого заложения.

Проходка и укрепление тоннелей осуществляется чугунными тюбингами или водонепроницаемыми железобетонными блоками обделки.

Монтаж эскалаторов

Параллельно с прокладкой тоннеля строится сама станция и система переходов, затем в метро прокладываются коммуникации и монтируются эскалаторы.

На станциях метро глубокого залегания эскалаторы устанавливаются в длинных наклонных тоннелях - выходах. Большая длина таких эскалаторов накладывает особые требования к прочности их конструкции и надежности тормозов.

При мелком заложении используются поэтажные эскалаторы. Что важно - все новые станции также оборудуются лифтами для людей с ограниченными физическими возможностями.

Внутреннее оформление

Столичный метрополитен по праву считается красивейшим в мире. В большинстве стран станции утилитарны и неотличимы одна от другой. Несмотря на то что теперь станции Московского метрополитена строятся по типовым проектам, для каждой из них разрабатывается свое, особенное архитектурное и дизайнерское решение.

Проекты дизайна строящихся станций московского метрополитена можно посмотреть .

Типовые проекты:

Для станций мелкого заложения используются три основных типа:

• сводчатая станция, с открытой, без колонн, платформой;
• двухпролетная с колоннами посередине платформы (для станций мелкого заложения);
• трехпролетная (для станций мелкого заложения).

В центре Москвы, ввиду плотности исторической застройки, используется старый тип станций глубокого заложения двух видов - колонные и пилонные.

Технологии в помощь метростроевцам

Тоннелепроходческие комплексы

В 30-е годы первые станции московского метро строились вручную: киркой и лопатой. Сегодня же в арсенале метростроителей - передовые технологии. Для прокладки тоннелей метро используют полностью автоматизированную сверхпрочную конструкцию под названием «проходческий щит». Наверное, ее можно сравнить со «стальным червем», который просверливает путь в толще породы, оставляя за собой готовый тоннель.

По легенде, изобретатель первого в мире «проходческого щита» англичанин Марк Брунель действительно придумал такую конструкцию после того, как пригляделся к «работе» обыкновенного корабельного червя, когда служил на флоте. Он заметил, что голова моллюска покрыта жесткой раковиной, с помощью зазубренных краев которой червь буравил дерево, оставляя за собой на стенках хода гладкий защитный слой извести.

Идея машины, которая в разы упростила прокладку тоннелей, оформилась в конструкцию в 1817 году, когда русский император Александр I обратился к Брунелю с просьбой спроектировать тоннель под Невой в Санкт-Петербурге. Правда, в России инженеру поработать так и не удалось - император в конечном итоге решил возвести в намеченном месте мост.

Тем не менее в 1818 году первый щит Брунеля был запатентован, а в 1825 году с его помощью началось строительство тоннеля под Темзой.

В первой машине грунт выбирали сразу 36 шахтеров, располагавшихся каждый в своей ячейке. После выемки грунта на несколько сантиметров щит сдвигали немного вперед. Это была непростая работа, учитывая постоянно просачивающуюся воду (дно реки располагалось всего в нескольких метрах выше сводов этого двойного тоннеля). Несколько наводнений в забое унесли жизни семи рабочих, а однажды чуть не погиб сын Брунеля. Более того, на подземной стройке не раз вспыхивал болотный газ. И всё же работа завершилась триумфом.

В первый же день после открытия удивительного сооружения через тоннель прошли 15 тысяч человек. С тех пор Великобритания заслуженно считается пионером щитовой проходки, а сам щитовой метод в специальной литературе получил название «лондонский».

В нашей стране в метростроении проходческий щит был впервые использован в 1934 году для проходки сложного участка первой очереди московского метро между Театральной площадью и Лубянкой. А при строительстве второй очереди московского метро на трассах одновременно уже работало 42 щита - рекорд по объему используемой техники. С тех пор по этой технологии сооружено более 70% метротоннелей столицы.

На первых щитах, как уже отмечалось, грунт выбирался рабочими вручную с помощью отбойного молотка и удалялся через уже построенный тоннель на вагонетках. Для движения щита вперед использовались винтовые домкраты, которые упирались в готовый участок тоннельной обделки и толкали машину вперед.

Размеры тоннелей росли, совершенствовалась и конструкция «червя»: в передней его части появились горизонтальные площадки, которые позволили рабочим разрабатывать грунт одновременно с двух (а иногда и более) ярусов. Однако из-за большого количества ручного труда и частых аварий скорость проходки оставляла желать лучшего.

Значительно ускорило процесс использование сборной обделки из крупных элементов - первоначально - чугунных тюбингов. Гигантские кольца, формирующие тоннели, стали собирать из нескольких элементов.

Следующим этапом «эволюции» тоннелепроходческих комплексов стала разработка конструкций с так называемым «грунтопригрузом». При работе такого щита порода подается сначала в герметичную камеру, из которой грунт по принципу «мясорубки» удаляется с помощью шнекового конвейера.

Сегодня тоннели строятся в самых сложных инженерно-геологических условиях, и современные щиты рассчитаны на проходку тоннелей в различных грунтах, в том числе и в неустойчивых. Комплексы работают в два цикла: сначала разрабатывают грунт, затем возводят обделку, производя монтаж блоков. Средняя скорость «проходки» щитов сегодня - 250 - 300 м в месяц, средняя стоимость - 13 - 15 млн евро.

Московские строители первыми в мире с помощью тоннелепроходческих щитов стали прокладывать наклонные тоннели для эскалаторных зон . По заказу Мосметростроя канадская фирма Lovat разработала и изготовила тоннелепроходческий комплекс с наружным диаметром 11 м. Именно с его использованием столичные метростроевцы впервые совершили щитовую проходку тоннеля для эскалаторов. Это произошло на станции «Марьина роща» Люблинско-Дмитровской линии метро.

Кстати, будни метростроителей вовсе не лишены романтики: когда-то Ричард Ловат, основатель всемирно известной фирмы-изготовителя тоннелепроходческих щитов LOVAT, решил, что все комплексы, произведенные его компанией, будут носить женские имена в честь покровительницы подземных работ святой Барбары. С его легкой руки родилась традиция - присваивать щитам женские имена. Вот почему в Москве трудятся машины с именами «Клавдия», «Катюша», «Полина» и «Ольга».

Решение геологических проблем

Самый коварный враг проходчиков подземных шахт - это плывуны: массы почти пылеобразного песка с примесью 10 - 15% глины, как губка пропитанного водой.

Еще в 30-е годы прошлого века, когда в столице строилось первое метро, метростроители столкнулись с очень непростыми гидрогеологическими условиями. Тогда же была применена система против обрушения грунта и других типичных проблем, угрожающих тоннелям, которая по сей день считается одной из самых продуманных и надежных. Речь идет о заморозке грунта, основанной на простой, но эффективной системе.

Различают несколько способов замораживания, старейший из них - так называемый «рассольный» .

Он состоит в том, что место работ отгораживается от общей массы водоносного грунта стеной из мерзлоты. Замороженный грунт в метр-два толщиной при температуре -12 градусов практически выдерживает любое давление горных пород и прекрасно противостоит проникновению грунтовых вод. Как же заставить холод спуститься под землю? Это получается с помощью искусственных приспособлений из специальных холодильных машин.

Холодильная машина основана на том, что хладагент (жидкий аммиак, фреон и т.д.), который из цистерн пускают в подготовленные замораживающие колонки, при своем испарении отбирает у окружающей среды теплоту. Его пары вновь сжижаются с помощью компрессора и конденсатора, а холод, образовавшийся в испарителе, идет на охлаждение незамерзающего рабочего рассола хлористого кальция. Рассол при температуре -25 градусов поступает в охлаждающую систему. Для ее установки по контуру выработки пробуриваются скважины диаметром 150 - 200 миллиметров на расстоянии одного метра друг от друга. В скважины опускаются замораживающие колонки, состоящие из двойных труб. Замораживающий рассол поступает по средней трубе, а по наружной трубе после естественного нагрева в грунте возвращается в холодильную машину. Таким образом, циркуляция рассола происходит непрерывно.

Примерно через месяц работы холодильной машины грунт вокруг отдельных замораживающих колонок смерзается в монолитную массу, защищающую место выработки от проникновения грунтовых вод и осыпания стенок. Теперь холодильная машина должна лишь поддерживать кольцо мерзлоты до тех пор, пока не будут произведены выработка и закрепление ее стенок.

Более современный способ - низкотемпературное замораживание с использованием жидкого азота . Он представляет собой бесцветную жидкость, температура испарения которой очень низка (при атмосферном давлении она равна -195,8 о С).

Получают жидкий азот на специальных заводах путем сжижения атмосферного воздуха при низких температурах и последующего разделения его на жидкий азот и кислород, имеющие разные температуры испарения. Жидкий азот транспортируют в специальных емкостях (танках).

В отличие от других промышленных хладагентов (аммиака, фреона), которые можно использовать только в замкнутой системе холодильной установки, жидкий азот используют однократно (испаряющийся газ выпускают в окружающую среду).

Способ низкотемпературного замораживания с применением жидкого азота обладает рядом преимуществ по сравнению с обычным (рассольным) замораживанием. При замораживании жидким азотом не нужны замораживающие станции, а также сети трубопроводов. Доставленный на стройплощадку жидкий азот из цистерн пускают сразу в замораживающие колонки. Скорость замораживания увеличивается, что особенно важно при больших скоростях фильтрации грунтовых вод, а также при поступлении термальных и минерализованных вод. На замораживание 1 м 3 грунта с содержанием воды до 30% расходуется 1000 л жидкого азота. Жидкий азот взрыво- и пожаробезопасен и нетоксичен.

Однако оба этих способа в последнее время применяются достаточно редко. Жидкий азот - удовольствие неоправданно дорогое, к тому же на «схватку» грунта уходит более месяца. Поэтому заморозка сегодня используется лишь при проходке наклонных эскалаторных тоннелей.

Для прочих случаев есть более совершенная и достаточно экономичная альтернатива - технология струйной цементации грунтов, или jet grouting . Это метод закрепления грунтов, основанный на одновременном разрушении и перемешивании грунта высоконапорной струей цементного раствора. В результате струйной цементации грунта в нем образуются цилиндрические колонны диаметром 600 - 2000 мм.

Технология появилась практически одновременно в трех странах - Японии, Италии, Англии. Инженерная идея оказалась настолько плодотворной, что в течение последнего десятилетия она мгновенно распространилась по всему миру.

Сущность технологии заключается в использовании энергии высоконапорной струи цементного раствора для разрушения и одновременного перемешивания грунта с цементным раствором в режиме mix-in-place (перемешивание на месте). В результате в грунтовом массиве формируются сваи из нового материала - грунтобетона - с достаточно высокими несущими и противофильтрационными характеристиками.

Устройство свай из грунтобетона выполняется в два этапа: производство прямого (бурение скважины) и обратного хода буровой колонны. В процессе обратного хода производят подъем колонны с одновременным ее вращением.

С помощью jet grouting получают очень прочный котлован, строят надежные основания под любые строения. В шахматном порядке создают свайное поле, одна свая перекрывает другую, и получается монолит - скала. И на ней можно строить что угодно. Эта технология особенно эффективна, когда приходится возводить объекты в песчаном грунте, в мягкопластичной глине или в других мягких грунтах.

Благодаря этим технологиям сегодня метростроевцы могут работать в самых сложных геологических условиях, прокладывая тоннели, которые приводят метро в новые районы столицы.

«Драгоценные » инструменты

Не обошлось в метростроении и без нанотехнологий. Сегодня строители могут использовать инновационные инструменты - алмазные рабочие сверла, фрезы и жала .

Изначально это ноу-хау использовалось для сверления железобетонов и других строительных материалов и оказалось настолько удобным, что стало использоваться для сложных горнопроходческих работ в скальном грунте. Она значительно повышает уровень безопасности работ и скорость проходки - строительство ускоряется буквально в разы. Интересно, что стоимость "алмазного" оборудования не намного выше обычного - разница в цене составляет всего 10 - 15%.

Традиционные морально устаревшие инструменты не в состоянии обеспечить такое количество технологических преимуществ. Так, алмазное сверло может делать отверстия в любой плоскости и под любым углом, при помощи контурного метода можно получить правильные прямоугольные отверстия любой нужной величины, при этом получается идеальный контур. "Драгоценные" инструменты позволяют работать в самых узких и тесных пространствах, им под силу материал любой твердости. Что немаловажно - метод бесшумен и экологичен.

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

Сегодня посмотрим, как строят метро, прогуляемся по тоннелям, а также увидим легендарный Зил-130 на железнодорожных колесах.

Тоннель метро перед станцией «Выставочный Центр», Киев, Украина. Это вестибюль этой новой станции:

Здесь скоро будут рельсы:

Как происходит прокладка самого тоннеля. В тоннеле работает роторная машина, ее длина 120 метров, а основная часть - передняя головка, диаметром 9 метров. Машина “роет” тоннель, а весь отработанный грунт вывозится на поверхность.

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.

Головка комплекса «Herrenknecht»:

Вид с обратной стороны. 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:

Тоннель 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.

Метро строят круглосуточно, на этой линии работают 2 500 человек.

Элементы колец:

Легендарный Зил-130 , который я видел раньше на картинках. Грузовик на железнодорожных колесах смотрится ярко! Таких машины 3, они используются для перевозки бетона:

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 здесь нет, все, что встречается на пути - это проблемы и препятствия. Случались столкновения с железобетонными блоками, и тогда происходила поломка машины. А ведь метро строят и под жилыми домами.

50-ю юбилейную 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.

Камера съезда:

Вентиляционные установки:

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

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 - 12 метров.

Наверное, многие замечали, что до и после станции метро уходит вниз. Зачем это сделано? Для экономии электроэнергии! После станции состав уходит вниз и происходит разгон, а подъезжая к станции поднимается наверх и происходит естественное торможение. Предельно допустимый уклон составляет 4 см в высоту на 1 метр пути.