Тоннели

 

По теме "путь"

Cпециальные проекты

Реклама

Партнеры и спонсоры

Что еще?

Железнодорожные тоннели. История строительства тоннелей

Совершенно особый вид железнодорожных сооружений представляют тоннели — длинные трубчатого вида отверстия в толще горных пород для прохода железнодорожного пути.
Искусство тоннелестроения также относится к очень древним временам. Предшественниками тоннелей следует считать подземные ходы, храмы, могилы, водопроводы. Пешеходные тоннели старше железнодорожных. Первый известный пешеходный тоннель был проложен под р. Евфрат в Вавилоне в III тысячелетии до н. э. В Древней Греции (IX—VIII вв. до н. э.), а затем и в Древнем Риме сооружали многокилометровые водоводные и транспортные тоннели. При раскопках в Греции был обнаружен тоннель, построенный примерно около четырёх тысяч лет назад.
Тоннельное дело было хорошо известно римлянам: остатки тоннелей, так и остатки мостов, сохранились на знаменитых римских дорогах. Один из них, возле Неаполя, длиной свыше километра, насчитывает не менее двух тысяч лет существования. В те времена, понятно, прокладка тоннелей при отсутствии взрывчатых веществ и буровых инструментов была делом неимоверно трудным; римляне сгоняли на эти стройки рабов и военнопленных.
С падением Римской империи строительство тоннелей надолго заглохло. Оно возобновилось лишь с изобретением пороха. При осаде Казани русский царь Иван Грозный, как известно, прибегнул к подкопу. Инженер, или, как тогда называли, «розмысл», Зилантий провёл по приказу царя тоннель от царской ставки до стен города Казани.
Уже при начале осады в 1552 году столица Казанского царства была отрезана от воды путём грандиозного отвода реки Ксванки от города. Несмотря на отвод реки, как вскоре выяснилось, осаждённые не испытывали недостатка в воде. От пленных удалось узнать о существовании подземного ключа, к которому был проделан из города подземный ход. Таким путём и получали жители воду. Зилантий начал проводить от царской ставки длинный тоннель, чтобы взорвать подземный ход осаждённых. Под тайник было заложено одиннадцать бочек пороху, и 4 сентября Зилантий произвёл взрыв. «Тайник взлетел на воздух вместе с казанцами, шедшими за водой, поднялась на воздух часть стены, и множество казанцев в городе было побито камнями и брёвнами, падавшими с огромной высоты», — повествует историк.
Удачный опыт побудил царского розмысла осуществить ещё два подкопа для взрыва городских стен. Взрыв был произведён по приказу царя 1 октября. Через образовавшийся в стене пролом войска пошли на штурм города, и Казань была взята.
В этом чисто инженерном предприятии более всего должно оценить искусство русского розмысла, блестяще справившегося с самой большой трудностью прокладки тоннелей — правильной разбивкой его оси. Это тем более заслуживает внимания, что прибегнуть к проверке правильности пробиванием сверху шахт он не мог чтобы не обнаружить производимой работы. В силу той же необходимости тоннель пришлось вести от царской ставки на значительном расстоянии.
Надо, впрочем, отметить, что трудная техника прокладки тоннеля, требующая тонкого расчёта и размышления более, чем практического навыка в земляных работах, стояла очень высоко в древней Руси. При возведении нынешних Кремлёвских стен в Москве происходили, например, также большие работы по сооружению подземного Кремля.
Этот подземный Кремль состоял из большого, в три метра шириной, с плоским плитяным перекрытием тоннеля, проходившего через весь Кремль, между Тайницкой и Собакиной башнями. По одной его стороне через известные промежутки были сделаны широкие и глубокие сводчатые помещения. Одно из этих помещений занимала библиотека Ивана Грозного — редчайшее и богатейшее собрание древних греческих рукописей и первопечатных европейских и русских книг. Впоследствии из Кремлёвского дворца в это книгохранилище была проведена потайная лестница. Выходные из Кремля подземные ходы проходили под тремя башнями.
Сооружение тоннелей при разработке твердых пород
Сооружение тоннелей при разработке твердых пород
1 — разработка штольни с укреплением свода тоннеля;
2 — кладка свода;
3 — выработка нижней части с одновременной кладкой свода
Сооружение тоннелей при разработке в мягких грунтах
Сооружение тоннелей при разработке в мягких грунтах
1 — разработка трех штолен;
2 — разработка профиля тоннеля с кладкой обделки;
3 — устройство свода тоннеля и окончательная выемка грунта в средней части

Ливерпульский тоннель 1831 г.
Развитие железных дорог дало мощный толчок строительству тоннелей, особенно в странах с горным рельефом, где дороги прокладывали через перевалы. Чтобы снизить высоту подъема дороги, надо было пробить толщу горы. В Великобритании в те годы строились тоннели относительно небольшой длины. Тоннель протяженностью 1190 м был построен на линии Ливерпуль— Манчестер в 1826—1830 гг.
Первый железнодорожный тоннель во Франции был построен в 1826—1829 гг. Марком Сегуином на линии Сент-Этьен—Лион. Предприятие казалось столь грандиозным, что на него устремил взоры весь мир. Работы были рассчитаны на двадцать пять лет. Однако применение вновь изобретённых буровых инструментов и новых взрывчатых веществ позволило закончить все работы намного быстрее. Строительство тоннелей было сопряжено со значительными трудностями и большими расходами.

Буровая машина на строительстве тоннеля Мон-Сени (литография)
Марк Сегуин писал, что прокладка тоннеля длиной 925 м стоила почти 250 000 франков. Выемка грунта была весьма затруднена. Нужно было пробивать дорогу через старые шахты. Это было и дорого, и опасно. Вход в тоннель пришлось строить трижды. Овальные тоннели строились однопутными, высотой 5 м и шириной 3 м — такие тоннели лучше воспринимали давление грунта. Тоннель на дороге Сент-Этьен—Лион был почти 1600-метровой длины, один метр тоннеля стоил от 195 до 778 франков. Для освещения внутри тоннеля применялись масляные лампы.
В те годы для сооружения тоннелей применялись различные способы. Особое внимание уделялось архитектуре входных порталов тоннелей.
К 1860 г. было построено несколько довольно длинных тоннелей: 5-километровый тоннель между городами Авиньон и Марсель (Marseilles); 4-километровый — вблизи Лиона; тоннель на железнодорожной линии Лион—Генф длиной почти 4 км; на линии Реймс—Небенстрек (Reims—Nebenstrecke) — длиной 3,6 км; через Апеннины между городами Турин (Turin) и Генуя (Genua) — длиной 3,2 км; на линии Париж—Страсбург (Strasbourg) — длиной 2,8 км; тоннель Ханстен (Hauenstei) Швецарской центральной дороги (Schweizer Central Bahn) длиной почти 2,4 км.

Тоннель на железной дороге Сент-Этьен - Лион (1833 г.)
Тоннель Блази вблизи Лиона связал долины рек Сены и Роны и прошел через горный массив на 200-метровой высоте. На строительстве тоннеля три с половиной года работало около 2500 человек.
Для пассажиров тех лет тоннели были впечатляющей новостью. Обозреватель одной из газет («L'Illustration») в 1843 г. по поводу торжественного открытия железнодорожной линии Париж— Орлеан (Paris-Orkans) и проезда по тоннелю Рольбоас (Rolleboisse) писал: «Локомотив привез нас к месту, где даже самые бесстрашные сердца испытали страх. Через 3 км все попали в кромешную темноту. Как сильно билось сердце! Мы попали в совершенно неизвестную нам страну темноты. Зачем мы испытываем судьбу? Господь дал нам Солнце, а мы игнорируем этот подарок. Шум кипящего локомотива, гром цепей в полной темноте, адский свист — все это рождает страх, тем более, что мы ничего не видим. И вдруг мы выехали из тоннеля. Это великолепно! За четыре минуты мы испытали такие необычайные чувства!».
Самым большим тоннелем остаётся Симплонский (19780 м), проложенный в Альпах, между Италией и Швейцарией. Прокладка этой исполинской трубы проходила с большими трудностями: температура доходила до пятидесяти пяти градусов, горячая вода лилась со стен, огромное давление ломало железные крепления.
В Альпах наибольшую протяженность имели сооруженные в конце XIX — начале XX вв. и другие однопутные железнодорожные тоннели: Сен-Готардский (14984 м); Мон-Сенисский (12850 м), а также Большой Апеннинский (18510 м). В США был построен двухпутный Моффатский (9920 м) железнодорожный тоннель.

Тоннельный портал недалеко от города Мариенталь (Германия)
Депутат Араго (Arago) во французском парламенте выступил с предупреждением о двух опасностях в тоннелях: во-первых, о возможности взрыва котла паровоза; во-вторых, о внезапном изменении температуры. Однако тоннели продолжали строить. Так, в 1845 г. был проложен тоннель на железнодорожной линии Братислава—Трнава. У входа в тоннель был установлен оптический сигнал.
В 1849 г. бельгийский инженер Маусе (Mauss) сделал рискованное предложение построить в Западных Альпах тоннель Мон-Сени (Mont-Cenis), что для того времени было смелым шагом. Маус предполагал, что будут уложены два пути для разъезда встречных поездов. При проходке было необходимо пробурить 100 отверстий для 100 фунтов взрывчатого вещества. Для этого были использованы механические буровые машины, которые позднее по предложению инженера Колладона (Colladon), стали работать от компрессора на сжатом воздухе. Применялась и другая техника. Работы по строительству тоннеля были начаты в 1857 г.

Строительство тоннеля Семмеринг (Semmering), Австрия
При проектировании и прокладке тоннелей особенное внимание строителей приковано к правильной разбивке его оси. Тоннели обычно пробиваются с двух сторон сразу. При малейшей неточности в разбивке или расчёте идущие навстречу друг другу штольни могут не сойтись.
Руководитель тоннельных работ Сен-Готардской дороги инженер Луи Фавр прокладывал тоннель в пятнадцать километров длины между Гешеном и Айроло. Он скончался во время работ в самом тоннеле, причём смерть его приписывают именно волнению за правильность расчёта и разбивки. Когда, наконец, буровая машина с южной стороны прорезала каменную перегородку, оказалось, что и в ширину и в высоту штольни не сошлись на несколько сантиметров: тригонометрическое измерение тоннельной оси, при котором за неподвижную точку принимается полюс мира, Фавр произвёл блестяще. И в виде приветствия с юга рабочие передали на север сквозь пробитое отверстие портрет инженера. Таким образом, руководитель работ всё-таки первым прошёл из одной штольни в другую.

Тоннельный портал недалеко от города Кёльн (Германия)
Все предварительные расчёты, съёмку и разбивку обычно производят несколько лиц независимо друг от друга и по многу раз. При таких условиях ошибки почти невозможны. Тем не менее ни один руководитель работ не остаётся вполне спокойным. Естественное волнение и понятная напряжённость профессионального чувства разряжались иногда катастрофически.
На железнодорожной линии Петербург—Варшава в период с 1852 по 1862 гг. были построены первые в России железнодорожные тоннели: Виленский длиной 427 м и Ковенский — 1278 м.
Крутые уклоны горного участка Закавказской железной дороги между станциями Квириллы и Михайлово, на протяжении около шестидесяти километров, представляли большие затруднения для железнодорожного движения. Вскоре после открытия движения по Закавказской дороге был поднят вопрос о перестройке этого участка.
С устройством станции Ципа удалось повысить пропускную способность участка с шестнадцати пар поездов до двадцати одной, однако этого оказалось недостаточно. В 1882 году правительство предложило правлению дороги представить проект полного переустройства горного участка. Правление представило проект обходного пути протяжением около 22 километров, из которых более четырёх километров приходилось на тоннель через Сурамский кряж. Тоннель такого протяжения являлся по тем временам грандиозным сооружением. Он потребовал четырёхлетних работ и затраты свыше пяти миллионов рублей золотом.

Тоннель и первые сигналы на линии Братислава—Трнава (1845 г.)
По окончании составления исполнительного проекта и разбивки на местности оси тоннеля было приступлено к пробивке нижнего направляющего хода его с двух сторон восточной и западной. Пробивку нижнего хода начали в конце 1886 года ручным способом, с лета же 1887 года были пущены в ход буровые машины. Машины оправдали себя. Наибольший суточный успех пробивки был достигнут с западной стороны. Здесь проходили по пять сажен в сутки. Такой быстроты ещё нигде не было достигнуто в те времена. Средний успех, однако, был значительно меньше благодаря возникновению многих трудностей. Грунтовые воды встречались в таком количестве, что, не успевая стекать, заливали всю галлерею, и рабочие ходили по колена в воде. Слабые грунты, которые местами прорезала галлерея тоннеля, вроде пластов чёрной глины, под влиянием воздуха и воды сильно пучились и производили громадное давление на крепления, часто рушившиеся под напором породы. Попадались значительные скопления болотного газа, при которых случались взрывы и отравления.
Машинным бурением разрабатывалась галлерея меньшего размера, чем требовалось по проекту. Уширяли тоннель до нужных размеров ручным способом, что также замедляло работы. Перевозки совершались по рельсовому пути лошадьми.
Двенадцатого октября 1888 года в семь часов утра пробивка нижнего хода тоннеля была окончена. Все бросили работы и стремительно направились к забою, где отверстие было уже настолько уширено, что можно было пролезть с одной стороны тоннеля на другую. Восторг охватил буквально всех участников огромного предприятия, от инженеров до чернорабочих без различия чинов и должностей, без мысли о том, чья доля труда и таланта больше.
Несмотря на новизну дела, русское железнодорожное строительство блестящим образом справилось с прокладкой тоннеля через Сурамский горный кряж. Сурамский тоннель длиной 3998 м на линии Поти—Тифлис (1886-1890 гг.) долгие годы оставался у нас самым большим по протяжению.

Сурамский тоннель
В последней четверти XIX в. началось строительство железных дорог в горных районах России, где почти на каждой трассе устраивались тоннели. Большое число тоннелей было построено при прокладке Транссибирской магистрали — в горных отрогах Восточных Саян, вдоль берега оз. Байкал. При строительстве участка железной дороги между ст. Тихорецкая и Новороссийском были сооружены тоннели длиной 1386,5 и 383,4 м. В 1890-1902 гг. на Китайско-Восточной железной дороге было построено 9 двухпутных тоннелей, из которых тоннель через Хинганский хребет имел длину 3077 м. На Кругобайкальской железной дороге длиной всего 260 км в 1902—1904 гг. было построено 39 тоннелей и 50 противообвальных галерей.
Тоннельная техника получила у нас широкое развитие за время постройки Московского метрополитена, который по сути дела представляет собой железную дорогу, проложенную целиком в сплошном тоннеле под землёй.
В конце 1940—1950-х гг. были проложены рельсовые пути в тоннелях на Армавир—Туапсинской линии. На железнодорожных линиях Абакан—Тайшет, Тайшет— Братск—Лена в 1955—1970 гг. было построено 13 железнодорожных тоннелей общей протяженностью 18 км. Самый большой из Абаканских тоннелей — Манский имел длину 2,49 км.
Большой размах получило тоннелестроение в Японии. В 1970-х гг. на линии Осака—Окаяма было построено 32 тоннеля, в том числе двухпутный тоннель Рокко (16 200 м). Длина самого длинного подводного железнодорожного тоннеля под проливом Цугару между островами Хонсю и Хоккайдо составила 36 400 м.
При строительстве Байкало-Амурской магистрали было создано пять перевальных тоннелей: Байкальский (6,7 км), Северо-Муйский (15,3 км), Кодарский (1,9 км), Дуссе-Алиньский (1,8 км), Нагорный (1,2 км). Наиболее сложным и протяженным (15,3 км) транспортным тоннелем в России стал Северо-Муйский тоннель.
Крупнейшие железнодорожные тоннели
Наименование тоннеля Страна Длина, км Год открытия
Симплонский Италия —Швейцария 20,0 1906
Апеннинский Италия 18,5 1934
Шинкаммон Япония 18,7 1975
Дайшимицу Япония 22,2 1983
Сейкан Япония 53,9 1988
Евротоннель Великобритания —Франция 49.4 1993
Севере- Муйский Россия 15,343 2003

Современная классификация и устройство тоннелей


Железнодорожный тоннель
Тоннель представляет собой искусственное сооружение для прокладки пути под землей. Транспортные тоннели по их месторасположению разделяют на горные, подводные и городские. Для безопасного перехода людей через железнодорожные пути на станциях и остановочных пунктах пригородных поездов предусматриваются пешеходные мосты или тоннели. Пространство, образованное после удаления породы при сооружении тоннелей, называется тоннельной выработкой, а конструкция, служащая для ее закрепления,—обделкой. В слабых грунтах во избежание обвала в тоннелях обычно устраивают несущую обделку из железобетона или бетона, а в трудных гидрогеологических условиях — из металла. В скальных породах в зависимости от их прочности разрешается применять вместо несущей облицовочную обделку или сооружать тоннель без обделки и облицовки.
В тоннелях в основном применяется типовая конструкция верхнего строения пути на балластном основании, однако более рациональной является конструкция на бетонном основании (по типу Московского метрополитена) или с прикреплением рельсов через промежуточные амортизаторы к железобетонным плитам. Аналогичные конструкции пути широко применяются на скоростных наземных линиях в Японии и находят все большее распространение в других странах.
Тоннели надо надежно защищать от проникновения в них поверхностных и грунтовых вод. В них обязательно предусматривают водоотводы. Для выпуска воды за пределы тоннеля продольный профиль пути в нем проектируется на уклоне в одну или обе стороны, как правило, не менее 0,003.
Горизонтальные площадки длиной не более 400 м допускаются лишь как разделительные между уклонами в разные стороны.-  При необходимости  расположения тоннелей в кривых радиус их должен быть не менее 600 м. Входы в тоннель укрепляют и оформляют в виде порталов. Для укрытия людей, находящихся в тоннеле во время пропуска поездов, в стенах устраиваются ниши, а для хранения рабочего инвентаря, материалов инструментов— специальные камеры.
При паровой и тепловозной тяге в тоннелях протяженностью свыше 1000 м предусматривают искусственную вентиляцию.
Путь в тоннелях рекомендуется делать на железобетонных шпалах с эпюрой на одну ступень выше, чем на подходах. На протяженности 200 м с каждой стороны перед тоннелем и в самом тоннеле путь должен быть на щебеночном балласте толщиной не менее 25 см. Путь в тоннеле может быть и на жестком бетонном основании со скреплениями раздельного типа с прокладками-амортизаторами. При длине тоннеля более 300 м обычно применяют бесстыковой путь.
В тоннелях не допускается применение разных типов рельсов, переходных стыков и рельсовых рубок. При грузонапряженности линии до 10 млн. т-км/км используют рельсы Р50, а при большей грузонапряженности — Р65.

Рекомендовать эту статью

Термины, пояснения и исторические справки

Новости из интернета

  

Места на карте, упоминающиеся на сайте 1520mm.ru

Будьте в курсе наших новостей


© 2002—2017 Nicos
Страница сгенерирована за 0,0048 сек.
Rambler's Top100 Яндекс.Метрика