Главная Обустройство

Техника по копания мелких туннелей. Как это сделано, как это работает, как это устроено

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

Факторы, учитываемые при строительстве тоннеля

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.

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.
Подумайте о предназначении тоннеля. От этого будут зависеть дополнительные работы, которые необходимо провести после прорытия тоннеля перед тем, как ввести его в эксплуатацию.

Часть 2
Прорытие траншеи и установка настила
1. Выкопайте траншею. Из места, отводимого под тоннель, полностью удаляется порода, после чего над вырытым участком делается крыша. Такой вид тоннелей делается двумя способами:
  
  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.
2. Завершите тоннель. Конкретный способ зависит от использованного вами метода ("снизу вверх" или "сверху вниз").
Часть 3
Тоннель из опускных секций

В этом году Московскому метро исполняется 80 лет. Официальный день рождения столичной подземки отмечается 15 мая (тогда метро впервые открылось для жителей города), но первый технический состав прошел уже в феврале. Любопытный факт: в первый год с момента открытия стоимость проезда постоянно снижалась. Сперва с 50 копеек до 40, а затем и вовсе до 30.

Строительство первой линии било не то что мировые рекорды, оно выходило за пределы человеческих возможностей. Ветку общей протяжённостью 11,6 км, с 13 станциями и всем комплексом сооружений, было решено построить за три года. Для адских и авральных работ было привезено несколько тысяч заключенных, хотя и без них нашлось немало людей, готовых внести лепту в амбициозное сооружение. Все операции в шахтах — разработка, погрузка и размельчение породы, откатка вагонеток — производились без помощи машин. Сегодня эти первые станции красной ветки — одни из самых красивых и величественных, настоящее сердце московского метрополитена.

А как происходит рождение новых станций сегодня? Конечно, никто не ставит коммунистических рекордов, и не привлекает к работам осужденных. Тем не менее, строительство тоннелей глубоко под землей остается сложнейшей задачей. Об этом я подготовил большой и интересный пост.

Для начала стоит пояснить: станции метро бывают двух типов — мелкого и глубокого заложения. Первые строят в открытом котловане, для вторых роют шахту, и ведут все работы на большой глубине. Под катом я покажу оба типа на примере будущих станций московского метро — Петровского парка и Фонвизинской…

Станция Петровский парк — мелкого заложения. Видно, что глубина котлована не более 4-х этажей, некоторые подземные парковки находятся куда глубже. Распорки между противоположными стенами котлована называются расстрелы, они предотвращающую осыпание во время строительства:

Место для эскалатора. Хотя, судя по высоте, тут могли бы обойтись и ступеньками:

Станция планируется двухэтажной. Балконы по сторонам платформы чем-то напоминают те, что на Комсомольской:

Петровский парк — строящаяся станция будущего Второго кольца метро, которое пересечет все существующие радиальные ветки, но ближе к окраинам Москвы:

Тоннель метро сооружается тонеллепроходческим механизированным комплексом (ТПМК), работа которого напоминает движение червя под землей. По легенде, на идею изобретения проходческого щита английского инженера Марка Брюнеля навели наблюдения за движениями корабельного червя, прокладывающего себе дорогу в дубовой щепке. Изобретатель заметил, что только лишь голова моллюска покрыта жесткой раковиной. С помощью ее зазубренных краев червь буравил дерево. Углубляясь, он оставлял на стенках хода гладкий защитный слой извести. Взяв этот принцип за основу, Брюнель запатентовал большой чугунный проходческий щит, который проталкивают под землей домкратами. Затем тоннель обкладывают тюбингом — это такой элемент крепления подземных сооружений:

Тюбинг для станций мелкого залегания представляет собой изогнутые бетонные плиты. Состыковка абсолютно герметична:

Землю вывозят специальным составом:

Кажется, по техническим рельсам особенно не накатаешься, но даже у такой элементарной «электротележки» куча элементов управления:

По словам строителей – на этом участке в основном глинистая почва:

Краном цепляют каждый вагон и поднимают на поверхность:

Землю высыпают в специальную яму, откуда несколько раз в день ее увозят на грузовиках.

Если не вдаваться в детали, на этом технология строительства мелких станций и заканчивается: щит прокладывает тоннель, а в открытом котловане в это время идет обустройство платформы и технических помещений будущей станции. Другое дело — станция глубокого заложения…

Станция Фонвизинская сегодня выглядит так. Это «дырка» в земле, на дне которой угадываться туннель будущего эскалатора:

Схема станции и линий метро на городской схеме:

Строительная площадка очень компактная. Это не удивительно — главная стройка идет под землей:

Желтое здание стоит прямо над стволом шахты. Этот колодец ведет прямиком к подземным работам:

Как видно на схеме (вид сверху), ствол шахты находится не над самой станцией, а немного в стороне. Колодец опускается метров на 60, и копают его вручную. Удивительно, но других технологий нет, только отбойный молоток и лопата.

Технические тоннели (выработки). Метро не начинают строить сразу с платформы станции. Сначала роют временные тоннели, которые идут вокруг будущей станции. По этим тоннелям вывозят землю и заводят оборудование.

Станционные тоннели. По ним будет ходить подвижной состав. Тоннелей два — в одну сторону, и в другую.

Платформа. Большой и высокий тоннель, из которого впоследствии сделают платформу станции. Его края граничат с тоннелями поездов.

Тягово-понизительная подстанция (ТПП). Важнейший стратегический элемент всего метрополитена, который подает напряжение на рельсы и, собственно, обеспечивает движение поездов.

Начальник участка подробно объясняет устройство станции на проекте, после чего мы спускаемся по землю, чтобы увидеть все своими глазами:

Левая и права клеть — это лифты в колодце шахты. По ним поднимают и людей, и оборудование:

Лифтами управляют люди из соседнего здания, где установлена гигантская лебедка. Обратите внимание на тормозные барабаны, очень похожи на автомобильные:

Клеть опускается и поднимается очень быстро — 3 метра в секунду. Дверей нет, есть ручки за которые можно держаться при движении. Кнопок, как в домашнем лифте тут нет, все управляется вручную людьми (все-таки, не в подвал спуститься):

Под землей работает от 800 до 1000 человек. Каждый сотрудник имеет свой номер и фишку на общем стенде. При спуске он обязан повернуть фишку красной стороной, а при выходе — зеленой. Таким образом, в случае ЧП можно моментально определить сколько человек находится в шахте и кто именно:

Мобильники под землей не работают, вся связь ведется через такие аппараты — шахтофоны. Выглядит просто и надежно, как советский танк:

Внизу этот аппарат выглядит так. Сомневаюсь, что через восьмерку можно выйти на межгород:

Первое, что видим, спустившись под землю — технологический тоннель. Его, а также все остальные подходные выработки засыпят после окончания строительства. Все временные тоннели оснащаются рельсами; грузы, инструменты и землю перевозят по ним:

Секции с рельсами собираются словно детская железная дорога. Да и выглядят примерно так же, только в масштабе 1:1

По миниатюрным рельсам движутся миниатюрные электропоезда. Если в детстве вы фанатели от железной дороги — обязательно приходите сюда работать 🙂

Питаются они, как трамваи от электропровода, и лучше к нему не притрагиваться руками:

Вагончики носятся довольно энергично:

Рельсы ведут прямо в лифты, откуда вагон можно отправить на поверхность. Есть технический отсек, куда поднимают вагончики и опорожняют в специальный контейнер (его потом увозят на утилизацию). Огромный ершик слева сгребает грязь с поворотного механизма:

Еще один технологический тоннель опоясывает станцию. Его тоже ликвидируют на финальном этапе, а пока тут ездят тележки:

По нему мы попадаем в главную зону — будущую платформу станции. В отличие от станции мелкого заложения, тут используют не бетонный тюбинг, а чугунный, способный выдержать сильнейшее давление:

Стягиваются элементы вот такими болтами:

Три тоннеля, соединенных между собой проходами — скелет будущей платформы станции:

Центральный тоннель, в котором будет перрон немного больше, чем тоннели с поездами:

Станции глубокого залегания не «копают», а прокладывают с помощью направленных взрывов. Тонеллепроходческий щит на этой станции бесполезен, грунт очень плотный.

Это конец платформы, откуда пойдет эскалатор на поверхность:

Хоть на фото непонятно, это диагональный тоннель эскалатора, который ведет вверх:

Справа чугунные трубы, через которые пойдет электрика:

Самый высокий тоннель — ТПП, высотой на три этажа:

Женщины под землей не работают. Спуститься могут лишь в одном случае, если женщина — маркшейдер (специалист по проведению пространственно-геометрических измерений в недрах земли):

Перед тем как вернуться в лифт, нужно обмыть сапоги от грязи:

А это станция Котельники. Она почти готова, осталось только навести финальный марафет. Уже этой весной она примет первых пассажиров:

Турникеты. Пока есть возможность проходить без карточки:

Эскалаторы. С одной стороны идут отделочные работы:

С другой стороны уже все готово:

Освещение работает «вполсилы», но с открытием станции тут станет намного светлее:

Поскольку станция неглубокая, платформенная ее часть похожа на железобетонную коробку:

При этом перегонный тоннель круглый и выложен бетонным тюбингом (он прокладывался с помощью проходческого щита):

Все стены в коммуникациях и проводах:

ТПП есть и в Котельниках. Это святая святых, строго режимный объект. Пока он не работает, нам разрешили войти внутрь. Внешне этот узел, откуда подается ток на ближайшие линии, ничем не примечателен. Потолки низкие, часто приходилось идти в три погибели:

Это конечная станция, и тут происходит разворот составов. Я представлял себе некоторую линию полукругом, на которой поезда разворачиваются в обратную сторону. В реальности, конечно, все происходит иначе:

Поезд заходит в тупик, машинист выходит из головы состава и идет по технической платформе в другой конец. Вот и весь «поворот».

В час пик, когда много людей и требуется максимальная частота движения, машинисты меняются еще быстрее: в прибывший состав садится машинист предыдущего, а тот, что вышел — идет в другой конец, чтобы сменить следующего:

Вдалеке уже горит свет платформы:

И наконец главный вопрос, который меня волновал долгое время — где ночуют поезда? Оказывается, составы выстаиваются в шеренгу от тупика, и растягиваются аж на три станции метро от конечной!

P.S. По словам руководства Стройкомплекса, в этом году планируется построить не менее 12 км новых линий метро, и открыть 8 новых станций (Котельники и Фонвизинская в их числе). Подробно с планами строительства новых станций можно ознакомиться тут http://stroi.mos.ru/metro

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.

-=Репортаж о Метро=-

Строительство первой линии било не то что мировые рекорды, оно выходило за пределы человеческих возможностей. Ветку общей протяжённостью 11,6 км, с 13 станциями и всем комплексом сооружений, было решено построить за три года. Для адских и авральных работ было привезено несколько тысяч заключенных, хотя и без них нашлось немало людей, готовых внести лепту в амбициозное сооружение. Все операции в шахтах - разработка, погрузка и размельчение породы, откатка вагонеток - производились без помощи машин. Сегодня эти первые станции красной ветки - одни из самых красивых и величественных, настоящее сердце московского метрополитена.

Для начала стоит пояснить: станции метро бывают двух типов - мелкого и глубокого заложения. Первые строят в открытом котловане, для вторых роют шахту, и ведут все работы на большой глубине. Под катом я покажу оба типа на примере будущих станций московского метро - Петровского парка и Фонвизинской...

Станция Петровский парк - мелкого заложения. Видно, что глубина котлована не более 4-х этажей, некоторые подземные парковки находятся куда глубже. Распорки между противоположными стенами котлована называются расстрелы, они предотвращающую осыпание во время строительства:

Место для эскалатора. Хотя, судя по высоте, тут могли бы обойтись и ступеньками:

Станция планируется двухэтажной. Балконы по сторонам платформы чем-то напоминают те, что на Комсомольской:

Петровский парк - строящаяся станция будущего Второго кольца метро , которое пересечет все существующие радиальные ветки, но ближе к окраинам Москвы:

Тоннель метро сооружается тонеллепроходческим механизированным комплексом (ТПМК), работа которого напоминает движение червя под землей . По легенде, на идею изобретения проходческого щита английского инженера Марка Брюнеля навели наблюдения за движениями корабельного червя, прокладывающего себе дорогу в дубовой щепке. Изобретатель заметил, что только лишь голова моллюска покрыта жесткой раковиной. С помощью ее зазубренных краев червь буравил дерево. Углубляясь, он оставлял на стенках хода гладкий защитный слой извести. Взяв этот принцип за основу, Брюнель запатентовал большой чугунный проходческий щит, который проталкивают под землей домкратами. Затем тоннель обкладывают тюбингом - это такой элемент крепления подземных сооружений:

Землю вывозят специальным составом:

Кажется, по техническим рельсам особенно не накатаешься, но даже у такой элементарной "электротележки" куча элементов управления:

10.

По словам строителей - на этом участке в основном глинистая почва:

11.

Краном цепляют каждый вагон и поднимают на поверхность:

12.

13.

Землю высыпают в специальную яму, откуда несколько раз в день ее увозят на грузовиках.

Если не вдаваться в детали, на этом технология строительства мелких станций и заканчивается: щит прокладывает тоннель, а в открытом котловане в это время идет обустройство платформы и технических помещений будущей станции. Другое дело - станция глубокого заложения...

14.

Станция Фонвизинская сегодня выглядит так. Это "дырка" в земле, на дне которой угадываться туннель будущего эскалатора:

15.

Схема станции и линий метро на городской схеме:

16.

Строительная площадка очень компактная. Это не удивительно - главная стройка идет под землей:

17.

Желтое здание стоит прямо над стволом шахты. Этот колодец ведет прямиком к подземным работам:

18.

Технические тоннели (выработки). Метро не начинают строить сразу с платформы станции. Сначала роют временные тоннели, которые идут вокруг будущей станции. По этим тоннелям вывозят землю и заводят оборудование.

Станционные тоннели. По ним будет ходить подвижной состав. Тоннелей два - в одну сторону, и в другую.

Платформа. Большой и высокий тоннель, из которого впоследствии сделают платформу станции. Его края граничат с тоннелями поездов.

Тягово-понизительная подстанция (ТПП). Важнейший стратегический элемент всего метрополитена, который подает напряжение на рельсы и, собственно, обеспечивает движение поездов.

19.

20.

Левая и права клеть - это лифты в колодце шахты. По ним поднимают и людей, и оборудование:

21.

Лифтами управляют люди из соседнего здания, где установлена гигантская лебедка. Обратите внимание на тормозные диски, очень похожи на автомобильные:

22.

Клеть опускается и поднимается очень быстро - 3 метра в секунду. Дверей нет, есть ручки за которые можно держаться при движении. Кнопок, как в домашнем лифте тут нет, все управляется вручную людьми (все-таки, не в подвал спуститься):

23.

24.

Под землей работает от 800 до 1000 человек. Каждый сотрудник имеет свой номер и фишку на общем стенде. При спуске он обязан повернуть фишку красной стороной, а при выходе - зеленой. Таким образом, в случае ЧП можно моментально определить сколько человек находится в шахте и кто именно:

25.

Мобильники под землей не работают, вся связь ведется через такие аппараты - шахтофоны. Выглядит просто и надежно, как советский танк:

26.

Внизу этот аппарат выглядит так. Сомневаюсь, что через восьмерку можно выйти на межгород:

27.

Первое, что видим, спустившись под землю - технологический тоннель. Его, а также все остальные подходные выработки засыпят после окончания строительства. Все временные тоннели оснащаются рельсами; грузы, инструменты и землю перевозят по ним:

28.

29.

По миниатюрным рельсам движутся миниатюрные электропоезда. Если в детстве вы фанатели от железной дороги - обязательно приходите сюда работать:)

30.

Питаются они, как трамваи от электропровода, и лучше к нему не притрагиваться руками:

31.

Вагончики носятся довольно энергично:

32.

33.

34.

По нему мы попадаем в главную зону - будущую платформу станции. В отличие от станции мелкого заложения, тут используют не бетонный тюбинг, а чугунный, способный выдержать сильнейшее давление:

35.

Стягиваются элементы вот такими болтами:

36.

Три тоннеля, соединенных между собой проходами - скелет будущей платформы станции:

37.

38.

Центральный тоннель, в котором будет перрон немного больше, чем тоннели с поездами:

39.

Станции глубокого залегания не "копают", а прокладывают с помощью направленных взрывов. Тонеллепроходческий щит на этой станции бесполезен, грунт очень плотный.

Это конец платформы, откуда пойдет эскалатор на поверхность:

40.

Хоть на фото непонятно, это диагональный тоннель эскалатора, который ведет вверх:

41.

42.

Справа чугунные трубы, через которые пойдет электрика:

43.

Самый высокий тоннель - ТПП, высотой на три этажа:

44.

Женщины под землей не работают. Спуститься могут лишь в одном случае, если женщина - маркшейдер (специалист по проведению пространственно-геометрических измерений в недрах земли):

46.

Перед тем как вернуться в лифт, нужно обмыть сапоги от грязи:

47.

48.

Турникеты. Пока есть возможность проходить без карточки:

49.

Эскалаторы. С одной стороны идут отделочные работы:

50.

С другой стороны уже все готово:

51.

Освещение работает "вполсилы", но с открытием станции тут станет намного светлее:

52.

Поскольку станция неглубокая, платформенная ее часть похожа на железобетонную коробку:

53.

54.

Все стены в коммуникациях и проводах:

55.

56.

57.

Поезд заходит в тупик, машинист выходит из головы состава и идет по технической платформе в другой конец. Вот и весь "поворот".

В час пик, когда много людей и требуется максимальная частота движения, машинисты меняются еще быстрее: в прибывший состав садится машинист предыдущего, а тот, что вышел - идет в другой конец, чтобы сменить следующего:

58.

Вдалеке уже горит свет платформы:

И наконец главный вопрос, который меня волновал долгое время - где ночуют поезда? Оказывается, составы выстаиваются в шеренгу от тупика, и растягиваются аж на три станции метро от конечной!

60.