«Тоннелестроение: Практическое руководство»

«Проекты таких сооружений должны быть массивными, чтобы соответствовать подходам к работам, представляющим вид мрачности, солидности и силы. Легкая и богато украшенная структура, какой бы элегантной она ни была и как бы хорошо ни подходила для других целей, была бы очень неуместна в такой ситуации; именно простота в сочетании со смелостью и массивность без тяжеловесности составляют элегантность входа в тоннель и в то же время являются наиболее экономичными».

Рис. 49. Восточный портал Хузакского тоннеля.

Рис. 49 — это гравюра с фотографии восточного портала Хузакского тоннеля, который является особенно удачным проектом. Порталы тоннеля Мон-Сени были построены из образцов камня, встреченных на всем протяжении линии выемки. Камни были обрезаны, обработаны и использованы для стен и замковых камней. Единственным украшением, которое обычно допускается на порталах, является дата открытия тоннеля, заметно высеченная на камне над сводом.

Таблица II.

Показывающая толщину каменной обделки для тоннелей через мягкий грунт.

Character of Material. Keystone. Springers. Invert.

Ft. Ft. Ft.

Laminated clay, first variety 2.15 to 3 2.75 to 3.5 1.6 to 2.5

Laminated clay, second variety 3 to 4.5 3.5 to 5.5 2.5 to 4

Laminated clay, third variety 4.5 to 6.5 5.5 to 8.1 4 to 4.5

Quicksand 2 to 3.28 2 to 4.1 1.33 to 2.5

ТАБЛИЦА III.

Показывающая толщину каменной обделки для боковых тоннелей через мягкий грунт.

Character of Material. Keystone. Springers. Invert.

Ft. Ft. Ft.

Laminated clay, first variety 1.6 to 2.3 1.8 to 3 1.5 to 2

Laminated clay, second variety 2.3 to 3 3 to 4.1 2 to 2.6

Laminated clay, third variety 3 to 4 4.1 to 5 2.6 to 3.29

Quicksand 1.6 to 2.5 1.3 to 2 1.3 to 2

ГЛАВА IX. ТОННЕЛИ ЧЕРЕЗ ТВЕРДУЮ ПОРОДУ; ОБЩЕЕ ОБСУЖДЕНИЕ; ПРЕДСТАВИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ ДЛЯ ТОННЕЛЬНЫХ РАБОТ.

Нынешнее высокое развитие трудосберегающих машин для разработки породы делает этот материал одним из самых безопасных и легких для проходки тоннелей из всех, с которыми инженеру обычно приходится иметь дело. Однако для работы этих машин требуется развитие большого количества энергии, ее передача на значительные расстояния и, наконец, ее экономичное применение к инструментам для разработки. Стандартной машиной для разработки породы является силовой перфоратор, который требует либо воздушного, либо гидравлического давления для своей работы, в зависимости от используемого специального типа. Поэтому в нынешних условиях инженер ограничен либо воздухом, либо водой под сжатием для передачи своей энергии. Паровая энергия может быть использована непосредственно для работы ударных перфораторов; но из-за тепла и влажности, которые она генерирует в замкнутом пространстве, где работают перфораторы, и по другим причинам, она редко используется непосредственно. Электрическая передача, которая предлагает так много преимуществ строителю тоннелей, в большинстве отношений в значительной степени исключена из использования из-за неудач, которые до сих пор сопровождали все попытки применить ее к работе перфораторов. Таким образом, в нынешнем положении инженер-тоннельщик практически ограничен паром и падающей водой для генерации энергии, а также сжатым воздухом и гидравлическим давлением для ее передачи.

Должен ли инженер принять энергию воды или пар для генерации энергии, требуемой для его машин для разработки, зависит от их относительной доступности, стоимости и пригодности к условиям работы в каждом конкретном случае. Там, где топливо в изобилии и дешево, и где энергия воды недоступна по сравнительно разумной стоимости, паровая энергия почти всегда окажется более экономичной; там, где, однако, существуют обратные условия, что обычно бывает в горной местности далеко от угольных регионов и недостаточно обеспеченной транспортными средствами, но богатой горными потоками, энергия воды, как правило, будет более экономичной. В последующей главе описаны установки для генерации и передачи энергии для ряда тоннелей в породе, и здесь будет представлено только общее рассмотрение предмета.

Установка на паровой энергии.

Паровая энергетическая установка для тоннельных работ должна быть во многом такой же, как и аналогичная установка в другом месте, за исключением того, что при ее проектировании необходимо учитывать временный характер ее работы. Это обстоятельство ее временного использования побуждает к исключению всех конструкций, кроме тех, которые необходимы для экономичной работы установки в течение периода, когда требуется ее эксплуатация. Энергоблок, фундаменты для машин, а также общая конструкция и расположение должны быть наименее дорогими, которые удовлетворяют требованиям экономичной и безопасной эксплуатации в течение требуемого времени. Часто будет более экономично в целом эксплуатировать машины с некоторой потерей экономичности в течение короткого времени, пока они используются, чем идти на гораздо большие расходы, чтобы обеспечить лучшую экономичность машин за счет дизайна и конструкции, которые не будут иметь дальнейшего использования после завершения тоннеля. Чем дольше требуется установка, тем ближе конструкция может экономически приближаться к конструкции постоянной установки. Что касается самих машин, чья дальнейшая полезность не ограничена продолжительностью какой-либо одной работы, истинная экономика всегда диктует покупку наилучшего качества. Говоря в общем, паровая энергетическая установка для тоннельных работ включает котельную установку, установку воздушных компрессоров с их ресиверами и динамо-машину для электрического освещения. Когда используется гидравлическая передача энергии, воздушные компрессоры заменяются насосами высокого давления; а когда используется электрическая тяга, может потребоваться одна или несколько динамо-машин для генерации электричества для силовых целей, а также для освещения. В дополнение к собственно машинам для генерации энергии должны быть необходимые трубопроводы и проводка для передачи этой энергии, и, конечно, оборудование из перфораторов и других машин для выполнения фактической разработки, транспортировки и т. д.

Резервуары.

Когда используется энергия воды, резервуар должен быть сформирован путем перекрытия плотиной какого-либо близлежащего горного потока в точке, насколько это возможно выше тоннеля. Обеспечение резервуара, вместо забора воды непосредственно из потока, служит двум важным целям. Оно обеспечивает непрерывное снабжение и постоянный напор воды в случае засухи, а также позволяет воде осаждать свой осадок до того, как она будет доставлена к турбинам. Конструкция этих резервуаров может быть временного характера, или они могут быть сделаны постоянными сооружениями и использованы после завершения строительства для снабжения энергией для вентиляции и других необходимых целей. В первом случае они обычно разрушаются после завершения строительства. В любом случае, почти излишне говорить, что они должны быть построены достаточно безопасными и прочными в соответствии с хорошей инженерной практикой в таких работах, на тот период времени, в течение которого они должны существовать.

Каналы и трубопроводы.

Для транспортировки воды от резервуаров к турбинам используются каналы или трубопроводы. Последняя форма водовода, как правило, предпочтительнее, так как она менее дорога и легче строится, чем первая. Также желательно иметь дублирующие линии труб, чтобы уменьшить возможность задержки из-за аварии или во время проведения необходимого ремонта одной из труб. Трубопроводы заканчиваются водоприемником, ведущим в турбинную камеру, и снабжены необходимыми клапанами для управления подачей воды к турбинам.

Турбины.

На рынке существует множество форм турбин, но все они могут быть классифицированы либо как активные турбины, либо как реактивные турбины. Активные турбины — это те, в которых вся доступная энергия воды преобразуется в кинетическую энергию до того, как вода воздействует на движущуюся часть турбины. Реактивные турбины — это те, в которых только часть доступной энергии воды преобразуется в кинетическую энергию до того, как вода воздействует на движущиеся лопатки. Активные турбины дают эффективные результаты при любом напоре и количестве воды, но они дают лучшие результаты, когда количество воды варьируется, а напор остается постоянным. Реактивные турбины, напротив, дают лучшие результаты, когда количество воды остается постоянным, а напор варьируется. Эти наблюдения указывают в общем виде на форму турбины, которая наилучшим образом удовлетворит конкретные условия в каждом случае. Количество требуемых турбин и их размеры будут определяться в каждом случае количеством требуемых лошадиных сил и количеством доступной воды. Энергия турбин передается на воздушные компрессоры или насосы с помощью валов и зубчатых передач.

Воздушные компрессоры.

Воздушный компрессор — это машина, обычно приводимая в действие паром, хотя может быть использована любая другая энергия, с помощью которой воздух сжимается в ресивер, откуда он может быть подан по трубам для использования. Для детального описания различных форм воздушных компрессоров читателю следует обратиться к каталогам различных производителей и различным учебникам, относящимся к сжатию воздуха и сжатому воздуху. Воздушные компрессоры, как и другие машины, теряют энергию из-за трения. Однако наибольшая потеря энергии происходит из-за тепла сжатия. Когда воздух сжимается, он нагревается, и его относительный объем увеличивается. Поэтому кубический фут горячего воздуха в цилиндре компрессора, скажем, при давлении 60 фунтов, не составляет кубический фут воздуха при давлении 60 фунтов после охлаждения в ресивере. Другими словами, предполагая, что давление постоянно, происходит потеря объема из-за извлечения тепла сжатия после того, как воздух покидает цилиндр компрессора. Чтобы уменьшить величину этой потери, воздушные компрессоры проектируются со средствами для извлечения тепла из воздуха до того, как он покинет цилиндр компрессора. Воздушные компрессоры можно сначала разделить на два класса, в зависимости от средств, используемых для охлаждения воздуха, следующим образом: (1) Мокрые компрессоры и (2) сухие компрессоры. Мокрый компрессор — это тот, который вводит воду непосредственно в цилиндр во время сжатия, а сухой компрессор — это тот, который не допускает попадания воды в воздух во время сжатия. Мокрые компрессоры можно подразделить на два класса: (1) Те, которые впрыскивают воду в виде распыления в цилиндр во время сжатия, и (2) те, которые используют водяной поршень для принуждения воздуха в замкнутое пространство.

Следующее краткое обсуждение этих различных типов компрессоров основано на кратком практическом обсуждении г-на У. Л. Сондерса, члена Американского общества гражданских инженеров, в «Производстве сжатого воздуха». Наивысшие изотермические результаты достигаются путем впрыска воды в цилиндры, поскольку ясно, что впрыск холодной воды в виде мелкодисперсного распыления непосредственно в воздух во время сжатия понизит температуру в большей степени, чем просто окружение цилиндра и частей водяными рубашками, что является средством охлаждения, принятым в сухих компрессорах. Серьезным препятствием для впрыска воды, и тем, что осуждает этот тип компрессора, является влияние впрыскиваемой воды на воздушный цилиндр и детали. Даже когда используется чистая вода, цилиндры изнашиваются до такой степени, что вызывают утечку и требуют расточки. Ограничение скорости компрессора также является важным возражением. Главный довод в пользу компрессора с водяным поршнем заключается в том, что его поршень также является его охлаждающим устройством, и что тепло сжатия поглощается водой. Вода, однако, является настолько плохим проводником тепла, что без добавления распылителей можно с уверенностью сказать, что этот компрессор почти не имеет преимуществ в охлаждении, насколько это касается охлаждения воздуха во время сжатия. Компрессор с водяным поршнем работает на низкой скорости и стоит дорого. Его единственное преимущество заключается в том, что у него нет мертвых пространств. В сухом компрессоре приносится в жертву эффективность охлаждающего устройства для получения низкой первоначальной стоимости, экономии места, малого веса, более высокой скорости, большей долговечности и большей общей доступности.

Воздушные компрессоры также различаются как компрессоры двойного действия и простого действия. Они являются компрессорами простого действия, когда цилиндр устроен так, чтобы вбирать воздух при одном ходе и выталкивать его при следующем, и они являются компрессорами двойного действия, когда они вбирают и выталкивают воздух при каждом ходе. По форме компрессоры могут быть простыми или дуплексными. Они простые, когда имеют только один цилиндр, и дуплексные, когда имеют два цилиндра. Прямолинейный или прямодействующий компрессор — это тот, в котором паровой и воздушный цилиндры установлены тандемно. Непрямодействующий компрессор — это тот, в котором энергия прикладывается косвенно к штоку поршня воздушного цилиндра через посредство кривошипа. Г-н У. Л. Сондерс пишет по поводу прямого и непрямого сжатия следующее:—

«Опыт американских производителей, который был более обширным, чем у других, доказал ценность прямого сжатия в отличие от непрямого. Под прямым сжатием понимается приложение энергии к сопротивлению через один прямой стержень. Паровой и воздушный цилиндры расположены тандемно. Такие машины естественно показывают низкую потерю на трение из-за прямого приложения энергии к сопротивлению. Эта потеря на трение была зафиксирована на уровне 5%, в то время как лучшая практика составляет около 10% с типом, который передает энергию через угол коленчатого вала к цилиндру, соединенному с валом через дополнительный стержень».

Ресиверы.

Сжатый воздух хранится в ресиверах, которые представляют собой просто железные резервуары, способные выдерживать высокое внутреннее давление. Цель этих резервуаров — обеспечить запас сжатого воздуха, а также позволить воздуху осаждать свою влагу. Из ресиверов воздух подается к рабочим местам по железным трубам, которые постепенно уменьшаются в диаметре от ресиверов к забою.

Перфораторы.

Различные формы перфораторов, используемых при тоннелестроении, были описаны в Главе III, и их не нужно рассматривать здесь подробно, за исключением того, чтобы сказать, что американские инженеры обычно используют ударные перфораторы, в то время как европейские инженеры также широко используют вращательные перфораторы. Сравнение между этими двумя типами перфораторов было сделано при проходке Арльбергского тоннеля в Австрии, где гидравлический вращательный перфоратор Брандта использовался с одного конца, а ударный перфоратор Ферру использовался с другого конца. Породой был слюдяной сланец. Средний ежемесячный прогресс составил 412 футов, с максимумом 646 футов, с вращательными перфораторами, и в среднем 454 фута с ударным перфоратором.

Выемка.

Поскольку требуется значительное время для создания энергетической установки, выемка тоннелей в породе часто начинается вручную, но ручная работа обычно продолжается не дольше, чем необходимо для ввода энергетической установки в эксплуатацию. Вообще говоря, наибольшая трудность встречается при выемке передовой выработки или забоя. Основываясь на используемом режиме взрывных работ, существуют два метода проходки передовой галереи, известные как методы кругового вруба и центрального вруба. В первом методе набор шпуров сначала бурится вблизи центра забоя таким образом, чтобы они охватывали конус породы; шпуры, начинаясь у периметра основания конуса, сходятся к соединению у его вершины. Редко более четырех-шести шпуров включаются в этот первый набор. Вокруг этих первых шпуров бурится кольцо шпуров, которые охватывают цилиндр породы, и, если необходимо, последующие кольца шпуров бурятся снаружи первого кольца. Эти шпуры взрываются в том порядке, в котором они бурятся, первый набор вынимает конус породы, второй набор расширяет этот конус до цилиндра, а другие наборы расширяют этот цилиндр до требуемых размеров забоя. Количество шпуров, однако, варьируется в зависимости от качества породы, и они редко бурятся глубже 4 или 5 футов. Этот метод выемки забоя, который обычно используется европейскими инженерами, проиллюстрирован на рис. 50–52. На этих рисунках указано количество шпуров в каждом раунде и последовательность раундов для мягкой, средней и твердой породы, как это использовалось в тоннеле Туркино на линии Генуя-Овада-Асти Средиземноморской железной дороги Италии. Забой был около 9 футов в квадрате, и пять наборов шпуров использовались при взрыве, глубины составляли 3,91, 4,26 и 4,6 фута для мягкой, средней и твердой породы соответственно, а количество потребленного динамита составляло 2,38, 3,91 и 5,1 фунта на кубический ярд для трех классов породы.

в мягкой породе

в средней породе

в твердой породе

Рис. 50–52. Расположение шпуров в забое тоннеля Туркино.

Рис. 53 и 54. Расположение шпуров в забое тоннеля Форт-Джордж.

В методе центрального вруба, который является тем, что обычно используется в Америке, шпуры расположены вертикальными рядами и бурятся на глубину от 8 до 10 футов. Рис. 53 показывает расположение шпуров и метод их взрывания, как это использовалось при выемке забоя для тоннеля Форт-Джордж Нью-Йоркского скоростного транспорта. Два центральных ряда шпуров сходятся друг к другу, чтобы вынуть клин породы; другие бурятся прямо или параллельно вертикальной плоскости тоннеля. Те, что пробурены вокруг периметра, бурятся либо наружу, либо вверх, в зависимости от того, где они расположены, близко к бокам или кровле тоннеля. В этом случае шпуры центрального вруба были пробурены на глубину 9 футов, в то время как все остальные шпуры были пробурены на глубину 8 футов.

Ширина передовой галереи или забоя зависит от качества породы. В твердой породе американские инженеры дают ей полную ширину сечения тоннеля; но это невозможно сделать в рыхлой или трещиноватой породе, которую необходимо поддерживать, поэтому забои здесь обычно делаются около 8 × 8 футов. Более широкий забой всегда предпочтительнее, где это возможно, поскольку доступно больше места для удаления породы, и могут быть пробурены и взорваны более глубокие шпуры.

Важная роль, которую играют энергетическая установка и другие механические установки при строительстве тоннелей через породу, уже упоминалась. В некоторых методах тоннелестроения в мягком грунте, и особенно в подводном тоннелестроении в мягком грунте, также часто необходимо использовать механическую установку, лишь незначительно уступающую по размеру и стоимости тем, которые используются при тоннелестроении в породе. Здесь предлагается очень кратко описать несколько типичных индивидуальных установок такого характера, которые в некоторых отношениях дадут лучшее представление об этой фазе тоннельных работ, чем более общие описания.

Тоннели в породе.

Тоннели, выбранные для иллюстрации механических установок, используемых при тоннелестроении через породу: Мон-Сени, Хузакский тоннель, Каскадный тоннель, тоннель Ниагарского водопада, тоннель Палисейдс, тоннель Кротонского акведука, тоннель Стриклер в Америке, а также тоннель Гравехольц и тоннель Зоннштейн в Европе. Кроме того, в другой главе этой книги будет найдено описание механических установок в Сен-Готардском, Пенсильванском и других тоннелях.

Электростанция Мон-Сени.

Механическое оборудование состояло из воздушных компрессоров Соммейе, установленных вблизи порталов. По словам г-на У. Л. Сондерса, компрессоры Соммейе работали по принципу тарана, используя естественный напор воды для нагнетания воздуха под давлением 80 фунтов на кв. дюйм в ресивер. Столб воды, находившийся в длинной трубе на склоне холма, приводился в движение и останавливался автоматически с помощью клапанов, управляемых двигателями. Вес и инерция воды с такой силой воздействовали на нагнетательный клапан, что он открывался, и воздух поступал в резервуар; затем клапан закрывался, движение воды прекращалось, часть её выпускалась, а освободившееся пространство заполнялось воздухом, который, в свою очередь, нагнетался в резервуар. Использовалось лишь 73% мощности воды, 27% терялось из-за трения воды в трубах, клапанах, коленах и т. д. Из 73% полезной работы 49,4% расходовалось на перфораторы, а 23,6% — на вспомогательный двигатель для привода клапанов компрессоров и для специальной вентиляции.

Сжатый воздух подавался с каждого конца через чугунную трубу диаметром 7 5/8 дюйма к забою выработки. Стыки труб выполнялись с обточенными торцами, имеющими канавки для укладки пенькового каната, который плотно затягивался и сжимался в соединении. Чтобы определить величину утечки в трубах, их вместе с резервуарами заполняли воздухом, сжатым до 6 атмосфер, после чего машины останавливали; через 12 часов давление снижалось до 5,7 атмосферы, или до 95% от первоначального.

При проходке этого тоннеля использовались ударные бурильные машины Соммейе. Они были оснащены 8 или 10 бурами, работавшими одновременно, и устанавливались на каретках, перемещавшихся по рельсовым путям. Во время взрывных работ их отводили в безопасное место, а после удаления отбитой породы из забоя и укладки новых путей снова подавали вперёд.

С обеих сторон тоннеля были построены механические мастерские для изготовления и ремонта бурильных машин, коронок, инструментов и т. д. На каждом конце для целей освещения был построен газовый завод.

Тоннель Хузак.

Тоннель Хузак на железной дороге Фитчбург в штате Массачусетс имеет длину 25 000 футов и является самым длинным тоннелем в Америке. Порода, в которой проходился тоннель, представляла собой преимущественно твёрдый гранитогнейс, конгломерат и слюдяной сланец. Разработка велась со стороны порталов и одного шахтного ствола с применением метода широкого верхнего уступа и одного нижнего уступа, а также системы взрывания с центральным врубом, которая была использована здесь впервые. Строительство тоннеля началось в 1854 году и продолжалось ручным способом до 1866 года, когда было установлено механическое оборудование. Большинство применявшихся тогда машин к настоящему времени устарели, но, поскольку они были первыми машинами, использованными для проходки скальных тоннелей в Америке, они заслуживают упоминания. Использовались ударные буры Берли, работавшие на сжатом воздухе. Шесть таких буров устанавливались на одной каретке, причём на каждом забое использовалось по две каретки. Воздух для работы буров подавался компрессорами, приводимыми в действие энергией воды у порталов и паровыми двигателями у шахтного ствола. Компрессоры состояли из четырёх горизонтальных цилиндров простого действия с тарельчатыми клапанами и впрыском воды. Компрессоры были спроектированы г-ном Томасом Дином, главным инженером тоннеля.

Тоннель Палисейдс.

Тоннель Палисейдс был построен для прокладки двухпутной железнодорожной линии через скалистый гребень, окаймляющий западный берег реки Гудзон и известный как Палисейдс. Он располагался примерно напротив 116-й улицы в Нью-Йорке. Проходимая порода представляла собой твёрдый трапп, местами сильно трещиноватый, что вызывало обрушение крупных фрагментов с кровли. Разработка велась широким верхним уступом и нижним уступом с применением метода взрывания с центральным врубом: восемь центральных шпуров и 16 боковых для забоя размером 7 на 18 футов. Использовались буры Ингерсолл-Сержант диаметром 2 1/2 дюйма, по четыре в каждом верхнем уступе и по шесть на каждом нижнем уступе; проходка 30 футов за 10 часов считалась хорошим показателем для одного бура.

Энергетическая установка располагалась у западного портала тоннеля, а энергия передавалась с помощью электричества и сжатого воздуха к работам у промежуточного шахтного ствола и восточного портала. Установка состояла из восьми котлов мощностью 100 л. с., подававших пар к четырём сдвоенным воздушным компрессорам Рэнда размером 18 на 22 дюйма, и двигателя, вращавшего динамо-машину для 30 дуговых ламп. Сжатый воздух подавался через гребень по трубам диаметром от 5 до 10 дюймов к шахтному стволу и восточному порталу и использовался для работы подъёмных машин, а также буров на этих участках. Внутри тоннеля для перемещения крупных камней применялись специально сконструированные деррик-вагонетки, также работавшие на сжатом воздухе. Эта вагонетка двигалась по центральному пути, в то время как вагонетки для породы — по боковым путям; она использовалась для снятия кузовов вагонеток с тележек, установки их вплотную к забою, где в них можно было погрузить крупные камни, и возвращения их на тележки для транспортировки. Помимо перемещения кузовов вагонеток, деррик использовался для подъёма тяжёлых камней. Транспортировка сначала осуществлялась конной тягой, а позднее — маневровыми паровозами.

Тоннель Кротонского акведука.

При строительстве Кротонского акведука для водоснабжения Нью-Йорка был сооружён тоннель длиной 31 миля, проходящий от плотины Кротон до водораспределительного узла на 135-й улице в Нью-Йорке. Сечение тоннеля варьируется по форме, но в целом является либо круглым, либо подковообразным. Во всех случаях сечение проектировалось с расчётом на пропускную способность, равную цилиндру диаметром 14 футов. Для проходки тоннеля было задействовано 40 шахтных стволов. Проходимые породы были самого разного характера, от плывунов до гранитных скал, но основная часть работ велась в скальных породах того или иного типа. Разработка в скале велась методом широкого верхнего уступа и нижнего уступа с применением метода взрывания с центральным врубом. В верхнем уступе использовались четыре пневматических бура, установленных на двух двухплечевых колонках. Буры для работы на нижнем уступе устанавливались на треногах. Для привода компрессоров, подъёмных машин, вентиляторов и насосов использовалась исключительно паровая энергия; однако размер и тип используемых котлов, а также тип и мощность машин, которые они обслуживали, сильно различались, поскольку для каждого шахтного ствола, за редким исключением, применялась отдельная энергетическая установка. Описание установки на одном из стволов даст представление о размере и характере оборудования на других стволах, и для этой цели была выбрана установка на шахте № 10.

На шахте № 10 пар вырабатывался двумя котлами Ингерсолл мощностью по 80 л. с. каждый и небольшим вертикальным котлом мощностью 8 л. с. Имелись два воздушных компрессора Ингерсолл размером 18 на 30 дюймов, нагнетавшие воздух в два ресивера Ингерсолл размером 42 дюйма на 10 футов и два ресивера размером 42 дюйма на 12 футов. На проходке использовались двенадцать буров Ингерсолл диаметром 3 1/2 дюйма и шесть буров диаметром 3 1/8 дюйма; по четыре бура, установленных на двух двухплечевых колонках, работали в каждом верхнем уступе, а остальные, установленные на треногах, — на нижнем уступе. Два клетьевых подъёмника Диксона, приводимые в действие одной реверсивной сдвоенной подъёмной машиной Диксона размером 12 на 12 дюймов, обеспечивали транспортировку материалов и грузов по шахтному стволу. Освещение обеспечивалось динамо-машиной Томсон-Хьюстон на десять ламп, приводимой в действие двигателем Лиджервуда. Водоотлив осуществлялся с помощью двух насосов Кэмерон № 9 и одного № 6. На этой конкретной шахте отработанный воздух из буров обеспечивал достаточную вентиляцию, особенно когда после каждого взрыва дым выдувался струёй сжатого воздуха. Однако на других участках, где этого способа вентиляции было недостаточно, обычно применялись воздуходувки Бейкера.

Тоннель Стриклер.

Тоннель Стриклер для водоснабжения Колорадо-Спрингс, штат Колорадо, имеет длину 6441 фут и сечение 4 на 7 футов. Он прорезает гребень, соединяющий Пайкс-Пик и горы Биг-Хорн, на высоте 11 540 футов над уровнем моря. Проходимая порода представляет собой крупнозернистый порфировидный гранит и мореные отложения; участок, проходящий через последние, закреплён обделкой. Механическое оборудование состояло из гидроэлектрической установки, питающей воздушные компрессоры. Вода из ручья Бакстон с напором 2400 футов использовалась для привода 36-дюймового водяного колеса Пелтона мощностью 220 л. с., которое вращало трёхфазный генератор мощностью 150 кВт. От этого генератора ток напряжением 3500 вольт передавался к восточному порталу тоннеля, где понижающий трансформатор преобразовывал его в ток напряжением 220 вольт для двигателя. Линия электропередачи состояла из трёх проводов № 5, проложенных на столбах с траверсами и снабжённых молниеотводами через определённые интервалы. Установка у восточного портала тоннеля состояла из электродвигателя мощностью 75 л. с., приводящего в действие воздушный компрессор мощностью 75 л. с., а также небольших двигателей для привода воздуходувки Стертеванта для вентиляции, работы кузнечной мастерской и освещения тоннеля, мастерской и площадок. От компрессора воздух по трубам подавался в тоннель с восточного конца, а также через гору к работам у западного портала. На каждом конце использовалось по два бура, а воздух также применялся для работы дерриков и других механизмов. Для удаления породы применялась троллейная система транспортировки. К кровле тоннеля, прямо в вершине свода, был прикреплён продольный деревянный брус. Этот брус с помощью подвесок нёс стальной рельс троллея, по которому перемещались каретки. Снаружи портала этот рельс образовывал петлю, так что каретка могла проходить по петле и возвращаться к забою. Каждая каретка несла стальной ковш ёмкостью 1 1/2 куб. фута, подвешенный таким образом, что с помощью спускового устройства он автоматически опрокидывался при достижении нужной точки на петле.

Тоннель Ниагарской гидроэлектростанции.

Отводной тоннель, построенный для отвода воды, сбрасываемой из турбин компании Niagara Falls Power Co., имеет подковообразное сечение 19 на 21 фут и длину 6700 футов. Он был пройден в скальной породе от трёх шахтных стволов методом взрывания с центральным врубом. При проходке шахты № 0 воды было встречено очень мало, но в шахтах № 1 и № 2 наблюдался приток 800 и 600 галлонов в минуту соответственно. Основная установка располагалась у шахты № 2 и состояла из восьми котлов мощностью 100 л. с., трёх сдвоенных воздушных компрессоров Рэнда размером 18 на 30 дюймов, электроосветительной установки Томсон-Хьюстон и лесопилки производительностью 20 000 футов (по дощатой мере) в день. Шахты были оборудованы автоматическими подъёмными машинами Отиса, с двухклетьевыми подъёмниками на шахтах № 1 и № 2 и одноклетьевым на шахте № 0. Использовались 25 буров Рэнда и три бура Ингерсолл-Сержант. Насосная установка на шахте № 2 состояла из четырёх насосов Кэмерон № 7 и одного № 9, а на шахте № 2 — из двух насосов Кэмерон № 7, двух № 9 и трёх насосов Сноу. Вспомогательная котельная установка из двух котлов мощностью 60 л. с. располагалась у шахты № 1, а другая, состоящая из одного котла мощностью 75 л. с., — у шахты № 0.

Тоннель Каскейд.

Тоннель Каскейд был построен в 1886–1888 годах для прокладки двух путей железной дороги Northern Pacific Ry. через Каскадные горы в штате Вашингтон. Он имеет длину 9850 футов, поперечное сечение 16 1/2 футов в ширину и 22 фута в высоту и облицован каменной кладкой. Проходимая порода — базальт с падением пластов около 5°. Порода разрабатывалась широким верхним уступом и одним нижним уступом с применением системы взрывания с центральным врубом. Крепление состояло из пятисегментных деревянных арок, опирающихся на боковые стойки, установленные с шагом от 2 до 4 футов, с кровлей из продольных досок, засыпанных сверху дровами. Механическое оборудование тоннеля представляет особый интерес ввиду того, что все машины и припасы приходилось доставлять на расстояние от 82 до 87 миль гужевым транспортом по дороге, прорубленной через леса, покрывающие горные склоны. На выполнение этой работы потребовалось время с 22 февраля по 15 июля 1886 года. Во многих местах подъёмы были настолько крутыми, что фургоны приходилось втаскивать с помощью полиспастов. Установка состояла из пяти двигателей, двух водяных колёс, пяти воздушных компрессоров, восьми паровых котлов мощностью 70 л. с., четырёх больших вытяжных вентиляторов, двух комплектных установок электрического дугового освещения, двух полностью оснащённых комплектов оборудования для механических мастерских, 36 пневматических буров, двух локомотивов, 60 вагонеток-самосвалов и двух комплектов лесопильного оборудования со всеми необходимыми принадлежностями для этих различных машин. Это оборудование было распределено примерно поровну между двумя концами тоннеля. Стоимость оборудования и работ по его доставке на место составила 125 000 долларов.

Тоннель Гравхольц.

Тоннель Гравхольц на Бергенской железной дороге в Норвегии примечателен тем, что является самым длинным тоннелем в Северной Европе, а также тем, что построен для однопутной узкоколейной железной дороги. Этот тоннель имеет длину 17 400 футов и расположен на высоте 2900 футов над уровнем моря. Облицовано лишь около 3% длины тоннеля. Механическая установка состоит из турбинной станции, приводящей в действие различные машины. Имеются две турбины мощностью 100 л. с. и 120 л. с., получающие воду из водохранилища на горном склоне и выдающие 220 л. с., которые распределяются примерно следующим образом: бурильные машины — 60 л. с., вентиляция — 30–40 л. с., электровозы — 15 л. с., механическая мастерская — 15 л. с., динамо-машина для электрического освещения — 25 л. с., электрические буры — остаток, около 40 л. с. Бурильные машины и электрические буры будут приводиться в действие меньшей турбиной мощностью 100 л. с.

Тоннель Зоннштайн.

Тоннель Зоннштайн в Германии представляет особый интерес благодаря исключительному использованию вращательных буров Брандта. Тоннель был пройден через доломит и твёрдый известняк с помощью штольни и двух боковых галерей. Размеры штольни составляли 7 1/2 на 7 1/2 футов. Энергетическая установка состояла из двух паровых насосов высокого давления, одного аккумулятора и четырёх буров. Парокотельная установка, помимо привода насосов, также подавала энергию для работы роторного насоса для водоотлива и вентилятора для вентиляции. Требуемое гидравлическое давление составляло 75 атмосфер в доломите и от 85 до 100 атмосфер в известняке. Штольня проходилась пятью бурами диаметром 3 1/2 дюйма: один располагался в центре и бурился параллельно оси тоннеля, а четыре — по углам прямоугольника, соответствующего сторонам штольни, и бурились под углом, расходящимся от центрального шпура. Средняя глубина шпуров составляла 4,3 фута, а производительность буров — 1 дюйм в минуту. На каждом забое использовался один бур, обслуживаемый машинистом и двумя помощниками, которые работали в восьмичасовые смены, сначала со взрывом между сменами, а позднее — в двенадцатичасовые смены, также со взрывом между сменами. 24 часа двух смен распределялись следующим образом: бурение шпуров — 10,7 часа, заряжание шпуров — 1,1 часа, удаление породы — 11,7 часа, смена бригад — 0,5 часа. Средний суточный прогресс для каждой машины составлял 6,7 фута. Общая стоимость установки составила 17 450 долларов.

Тоннель под рекой Сент-Клэр.

Подводный двухпутный железнодорожный тоннель под рекой Сент-Клэр для железной дороги Grand Trunk Ry. имеет длину 8500 футов и был пройден через глину с помощью проходческого щита, как описано в следующей главе о щитовом методе тоннелестроения. Механическое оборудование, установленное для выполнения работ, было очень полным. Для подачи пара к воздушным компрессорам, насосам, двигателям электроосвещения, подъёмным машинам и т. д. на каждом берегу реки была предусмотрена паровая установка, состоящая из трёх шотландских передвижных котлов мощностью 70 л. с. и четырёх мощностью 80 л. с. Компрессорная установка на каждом конце состояла из двух воздушных компрессоров Ингерсолл размером 20 на 24 дюйма. Для освещения работ на американской стороне были установлены две динамо-машины Эдисона мощностью 100 свечей, а на канадской стороне — две динамо-машины Болла той же мощности. Динамо-машины на обеих сторонах приводились в действие двигателями Армингтон и Симс. Эти динамо-машины обеспечивали освещение работ в тоннеле, а также механических мастерских и энергетических установок на каждом конце. Воздуходувки Рут производительностью 10 000 куб. футов в минуту обеспечивали вентиляцию. Насосная установка состояла из одного комплекта насосов, установленных для постоянного водоотлива, и другого комплекта, установленного для водоотлива во время строительства, который также должен был остаться на месте как часть постоянной установки. Последний комплект состоял из двух сдвоенных насосов Уортингтон производительностью 500 галлонов, установленных сначала снаружи каждого шлюза, закрывающего концы речной части тоннеля. Для постоянного водоотлива на канадской стороне реки был пройден водоотливной шахтный ствол, соединённый с насосом в нижней части открытого подхода. В этом стволе были размещены вертикальный насосный двигатель прямого действия компаунд-конденсационного типа с двумя цилиндрами высокого давления диаметром 19 1/2 дюйма и двумя цилиндрами низкого давления диаметром 33 3/8 дюйма с ходом поршня 24 дюйма, соединённый с насосами двойного действия производительностью 3000 галлонов в минуту, а также два сдвоенных насоса производительностью 500 галлонов в минуту. Для постоянного водоотлива на американской стороне в насосной камере, заглублённой в откос открытого подхода, были установлены четыре насоса Уортингтон производительностью 3000 галлонов. Для постоянного водоотлива собственно тоннеля в самой низкой точке уклона тоннеля были установлены два насоса производительностью 400 галлонов. Порода из тоннеля поднималась на верх открытого подхода дерриками, приводимыми в действие двумя подъёмными машинами Лиджервуда мощностью 50 л. с. Насосная установка высокого давления для подачи воды к гидравлическим домкратам щита на каждом конце тоннеля состояла из сдвоенных двигателей прямого действия с паровыми цилиндрами диаметром 12 дюймов и водяными цилиндрами диаметром 1 дюйм, подающих воду под давлением 2000 фунтов на кв. дюйм.

ГЛАВА X. ТОННЕЛИ В ТВЁРДЫХ СКАЛЬНЫХ ПОРОДАХ (Продолжение).

РАЗРАБОТКА ШТОЛЬНЯМИ: ТОННЕЛИ СИМПЛОН И МЮРРЕЙ-ХИЛЛ.

Рис. 55. — Схема, показывающая последовательность разработки при тоннелестроении методом штолен в скальных породах.

Общее описание.

Метод проходки тоннелей в твёрдых скальных породах с помощью штолен предпочитается европейскими инженерами. Все великие альпийские тоннели, от тоннеля Мон-Сени до Симплона, являются примерами проходки штольнями. В этом методе последовательность разработки показана схематически на рис. 55. Работа начинается с проходки штольни вблизи подошвы будущего тоннеля (как показано в центре рисунка) далеко впереди разработки любой другой части. Затем удаляется секция, обозначенная цифрой 2, а ещё позднее — части, обозначенные цифрой 3. Затем, с удалением частей, обозначенных цифрой 4, всё сечение тоннеля будет открыто.

Штольня обычно крепится боковыми стойками, несущими верхняк, установленными через определённые интервалы, и имеет потолок из продольных досок, опирающихся на последовательные верхняки. В твёрдых породах кровля выработки, как правило, не требует регулярного крепления, лишь изредка устанавливаются отдельные опоры для предотвращения падения изолированных обломков. Когда порода разрушена или полна трещин, может потребоваться регулярное крепление, которое может быть продольного или полигонального типа. При использовании продольного крепления поперёк кровли штольни укладывается лежень, на который устанавливаются две стойки, сходящиеся кверху и поддерживающие верхняк вплотную к кровле. На этот верхняк укладываются первые продольные брусья свода, несущие поперечные затяжки. Дополнительные подкосы, стоящие на лежне и расходящиеся наружу, вставляются по мере разработки частей № 3. Эти радиальные подкосы несут продольные брусья, которые, в свою очередь, поддерживают поперечные затяжки. Когда используется полигональное крепление, оно может принимать форму трёх- или пятисегментных арок из тяжёлых брусьев.

В тоннелях в твёрдых породах, как правило, нет опасности обрушения из-за сильного горного давления, и всё сечение остаётся открытым в течение некоторого времени до возведения обделки. Обделка может быть из бетонной кладки, но во многих длинных тоннелях, пройденных в твёрдых породах, боковые стены облицовываются бутовой кладкой, а свод — кирпичом, а в некоторых случаях даже свод облицовывался бутовой кладкой. При наличии квалифицированных рабочих облицовка из бутовой кладки оказалась наиболее эффективной и экономичной, поскольку порода используется по мере её разработки без каких-либо дополнительных операций. Однако бетон применяется для облицовки тоннелей более широко, чем любой другой материал.

Тоннели, разрабатываемые штольнями, позволяют использовать простые средства транспортировки, и это одна из причин, почему этот метод находит такое признание у европейских инженеров. Рельсовые пути укладываются вдоль подошвы штольни и принимают всю породу из частей № 2, 3 и 4, а также из забоя самой штольни. По мере завершения полного сечения этот единственный путь в штольне заменяется двумя путями, проходящими вблизи боковых стен тоннеля, или ширококолейным путём с третьим рельсом.

ТОННЕЛЬ СИМПЛОН. [8]

Прежде чем приступить к описанию конструктивных деталей этого, самого длинного железнодорожного тоннеля в мире, было бы полезно дать общее представление о проекте. Было разработано много схем соединения Италии и Швейцарии железной дорогой вблизи Симплонского перевала, включая одну, не требующую большой протяжённости подземных работ, при которой линия поднимается по крутым уклонам и проходит по кривым малого радиуса. Нынешняя схема, предложенная в 1881 году компанией Jura-Simplon Ry. Co., в общих чертах состоит в прорезании Альп между Бригом, нынешней конечной станцией железной дороги в долине Роны, и Изелле, в ущелье Диверии, на итальянской стороне, откуда железная дорога будет спускаться к существующей южной конечной станции в Домо-д’Оссола, на расстояние около 11 миль.

[8] Выдержка из доклада, прочитанного в Институте инженеров-строителей Чарльзом Б. Фоксом 26 января 1900 г.

В дополнение к этой схеме предлагается второй тоннель, который прорежет Бернские Альпы под перевалом Лётшен от Миттхольца до точки вблизи Туртмана в долине Роны; таким образом, вместо длинного обхода через Лозанну и Женевское озеро появится почти прямая линия от Берна до Милана через Тун, Бриг и Домо-д’Оссола.

Начиная от Брига, новая линия, плавно поднимаясь по долине на протяжении 1 1/4 мили, из-за близости Роны, которая уже была слегка отведена, войдёт в тоннели по кривой вправо радиусом 1050 футов. На расстоянии 153 ярдов от входа начинается прямой участок тоннеля, который простирается на 12 миль. Затем линия поворачивает влево по кривой радиусом 1311 футов, прежде чем выйти на левый берег Диверии. Начиная от северного входа, уклон 1:500 (минимальный для эффективного водоотлива) поднимается на протяжении 5 1/2 миль до горизонтального участка длиной 550 ярдов в центре, а затем уклон 1:143 спускается к итальянской стороне. На пути к Домо-д’Оссола потребуется один спиральный тоннель, как это было реализовано на Сен-Готарде. В конечном итоге будет два параллельных тоннеля с осями на расстоянии 56 футов друг от друга, каждый из которых будет нести один путь; но в настоящее время разрабатывается до полного сечения только одна штольня, известная как № 1, а № 2 оставляется, при необходимости закреплённая кладкой, для будущего развития. С помощью сбойки каждые 220 ярдов проблемы транспортировки и вентиляции значительно облегчаются, как будет видно далее. Поскольку оба входа находятся на кривых, необходима небольшая «направляющая галерея», чтобы позволить вносить коррективы в направление непосредственно из двух обсерваторий на оси тоннеля.

Внешние сооружения по возможности дублируются, насколько позволяют обстоятельства, и состоят из необходимых контор, мастерских, депо, электростанций, кузниц и многочисленных зданий, требуемых крупным инженерным проектом. Принимаются большие меры предосторожности, чтобы шахтёры и рабочие в тоннеле не страдали от резкого перехода из тёплых забоев на холодный альпийский воздух снаружи; для этой цели строится большое здание, где они смогут снять влажную рабочую одежду, принять горячий и холодный душ, надеть сухую тёплую одежду и получить питание по умеренной цене перед возвращением домой. Вместо того чтобы у каждого рабочего был шкафчик для хранения одежды, с деревянного потолка на высоте 25 футов от пола свисает целый лес шнуров, каждый из которых проходит через свой блок и вниз по стене к пронумерованной планке. Каждый шнур несёт три крючка и мыльницу, которые, будучи нагруженными имуществом владельца, поднимаются к потолку, чтобы не мешать. Имеется 2000 таких шнуров, расположенных с шагом 1 фут 6 дюймов, по одному на каждого рабочего. Инженеры и мастера имеют больше привилегий, им предоставлены раздевалки и ванные комнаты, отделённые от двух главных залов. Устроена обширная установка для стирки и сушки одежды, а также большой ресторан и столовая. В Изелле склад, вмещающий 2200 фунтов динамита, окружён и разделён на две отдельные части земляными валами высотой 16 футов. Два деревянных дома, в которых хранится взрывчатка, обогреваются трубами с горячей водой до температуры от 61° F до 77° F и охраняются военным патрулём; но в Бриге фабрика динамита, основанная предприимчивой компанией во время начала работ, поставляет этот товар через частые интервалы, тем самым избегая необходимости хранения в таких больших количествах. Эта фабрика динамита была значительно расширена и поставляет динамит почти на все горнодобывающие и тоннелестроительные предприятия в Швейцарии.

Геологические условия.

Перед тем как тоннель Симплон был санкционирован, было получено заключение экспертов о целесообразности проекта. Прогнозы трёх выбранных инженеров относительно пород, которые будут встречены, и их вероятной температуры, насколько продвинулись галереи (на общую дистанцию почти 2 1/2 мили), в целом оказались верными. На северном конце был встречен тёмный глинистый сланец, пронизанный кварцем, и время от времени проходились пласты гипса и доломита, причём падение пластов в целом было благоприятным для прогресса, хотя в опасных местах прибегали к креплению. В начале работ было много воды; фактически, один приток не был остановлен и до сих пор течёт по штольне. Общее количество воды, вытекающей из устья тоннеля, составляет 16 галлонов в секунду, из которых 2 галлона в секунду приходятся на бурильные машины. В Изелле, однако, преобладает очень твёрдый антигорио-гнейс, который, вероятно, будет простираться на 4 мили. Очень сухой и очень плотный, он не требует крепления и не представляет больших трудностей для мощных скальных буров Брандта, которые работают под напором воды в 3280 футов.

Температура породы зависит не только от глубины от поверхности, но в значительной степени от общей формы этой поверхности в сочетании с теплопроводностью породы. Принимая во внимание эти моменты и опыт, полученный при строительстве тоннеля Сен-Готард, 95° F была оценена как вероятная максимальная температура из-за высоты Монте-Леоне (11 660 футов), который лежит почти прямо над осью тоннеля.

Геодезическая съёмка.

После определения общего положения тоннелей, с учётом необходимых уклонов, температуры породы и большого пласта проблемного гипса на северной стороне, были взяты две фиксированные точки на предлагаемой осевой линии, по одной у каждого входа в тоннель № 1, и пеленги этих двух точек относительно триангуляционной съёмки, выполненной в 1876 году, были рассчитаны достаточно точно, чтобы определить на тот момент направление тоннеля. В 1898 году была проведена новая триангуляционная съёмка, охватившая одиннадцать вершин, причём Монте-Леоне занимал центральное положение. Эта съёмка была увязана с съёмкой Вазенхорна и Фаульхорна, выполненной швейцарским правительством, и точность была такова, что вероятная ошибка при встрече двух штолен составляет всего 6 см, или 2 1/2 дюйма.

На вершине каждой горы установлен сигнал, состоящий из небольшого каменного столба, основанного на скале и увенчанного остроконечным конусом из цинка высотой 1 фут 6 дюймов. На каждом конце тоннеля была построена обсерватория в таком положении, чтобы можно было видеть три вершины — условие, очень трудное для выполнения на южной стороне из-за глубины ущелья, горы по обе стороны которого имеют высоту более 7000 футов. После взятия углов на каждый видимый сигнал и от него, и расчёта на их основе направления тоннеля, необходимо было с предельной точностью зафиксировать визирные точки на оси тоннеля, чтобы избежать визирования на окружающие пики для каждой последующей коррекции направления галерей. Для этого в обсерватории был установлен теодолит длиной 24 дюйма и диаметром 2 3/8 дюйма с 40-кратным увеличением, и было сделано около 100 отсчётов углов между окружающими сигналами и требуемыми визирными точками. Таким образом, вероятная ошибка была уменьшена до менее чем 1′. Так, на северном конце были найдены две точки примерно в 550 ярдах до и после обсерватории, в то время как на южной стороне из-за узкости ущелья точки можно было разместить только на 82 и 126 ярдов впереди. Одна из этих визирных точек состоит из тонкой царапины, нанесённой на кусок стекла, закреплённый в железной раме, позади которой помещена ацетиленовая лампа (корректировка направления всегда выполняется ночью), причём всё это жёстко закреплено в нише, вырубленной в скале, и защищено от климатических и других воздействий железной пластиной.

Метод проверки направления.

Направление штольни № 1 проверяется экспертами из Правительственного геодезического управления в Лозанне около трёх раз в год, и для этой цели в обсерватории устанавливается транзитный инструмент. Ряд трёхногих железных столов расставляется с интервалами в 1 или 2 мили вдоль оси тоннеля № 1, и на каждом из них помещается горизонтальная плоскость, перемещаемая с помощью регулировочного винта в направлении, перпендикулярном оси, вдоль градуированной шкалы. На этой плоскости имеются небольшие гнёзда, в которые можно быстро и точно установить ножки ацетиленовой лампы и экрана или транзитного инструмента. Экран имеет вертикальную щель высотой 3 дюйма и шириной от 13/16 до 3/16 дюйма, в зависимости от состояния атмосферы, и на расстоянии показывает тонкую нить света. Инструмент, предварительно наведённый на освещённую царапину визирной точки, направляется вдоль тоннеля, где с первого стола видна нить света. С помощью телефона этот свет регулируется так, чтобы его изображение точно совпадало с перекрестием нитей, и отмечается отсчёт по градуированной шкале. Это делается четыре или пять раз, среднее значение этих отсчётов принимается за правильное, и плоскость фиксируется на этом среднем значении. Затем инструмент переносится на первый стол и быстро и точно устанавливается над только что найденной точкой (с помощью гнёзд), а лампа переносится в обсерваторию. После первого визирования назад даётся вторая точка на втором столе и так далее. Эти точки отмечаются либо временно в кровле штольни коротким куском шнура, свисающим вниз, либо постоянно латунной точкой, удерживаемой небольшим стальным цилиндром длиной 8 дюймов и диаметром 3 дюйма, заделанным в бетон в скальном полу и защищённым круглым литьём, также утопленным в цементный бетон, с железной крышкой, напоминающей крышку небольшого люка. Время от времени инженеры проверяют направление по этим точкам, а после каждого взрыва общее направление задаётся вручную от временных точек. Для проверки результатов триангуляционной съёмки одновременно проводились астрономические наблюдения на каждом конце. Что касается отметок высот, то те, что приведены в отличных правительственных съёмках, были приняты за правильные, но они также были проверены через перевал.

Детали тоннелей.

По поперечному сечению тоннель № 1 имеет ширину 13 футов 7 дюймов на уровне подошвы, увеличивающуюся до 16 футов 5 дюймов, при общей высоте 18 футов над уровнем рельсов и площади поперечного сечения около 250 кв. футов. Это большое сечение позволит выполнять мелкий ремонт кровли без прерывания движения, а также позволит усилить стены дополнительной кладкой изнутри. Толщина обделки, никогда не отсутствующей полностью, и материал, из которого она состоит, зависят от сопротивляемого давления, и только в худшем случае прибегают к обратному своду. Боковой водосток, к которому сделан уклон скального пола, будет состоять из полутруб из цементного бетона состава 7:1. Кровля построена из радиальных камней.

Тоннель № 2, оставляемый в виде штольни, проходится с той стороны, которая ближе к № 1, чтобы минимизировать длину сбоек, и имеет размеры 10 футов 2 дюйма в ширину и 6 футов 7 дюймов в высоту. Каменная кладка используется только там, где это необходимо, и в этом случае строится так, чтобы стать частью обделки тоннеля при его окончательном завершении. Бетон укладывается для формирования фундамента боковой стены и водосточного канала. Сбойки, соединяющие две параллельные штольни, встречаются каждые 220 ярдов и располагаются под углом 56° к оси тоннеля, чтобы избежать крутых кривых на путях подрядчика. В конечном итоге они будут максимально использоваться как убежища, камеры для хранения инструментов и оборудования путевых рабочих и сигнальные будки. Убежища размером 6 футов 7 дюймов в ширину, 6 футов 7 дюймов в высоту и 3 фута 3 дюйма в глубину встречаются каждые 110 ярдов, каждое десятое расширяется до 9 футов 10 дюймов в ширину, 9 футов 10 дюймов в глубину и 10 футов 2 дюйма в высоту, а ещё более крупные камеры строятся через большие интервалы.

Метод разработки.

Работы на каждом конце тоннеля ведутся совершенно независимо, следовательно, хотя они и схожи в принципе, методы различаются в деталях, помимо того факта, что разные геологические пласты требуют разного подхода. В общих чертах, две параллельные штольни, каждая сечением 59 кв. футов, сначала проходятся с помощью бурильных машин и использования динамита, причём эта работа ведётся днём и ночью, семь дней в неделю; затем штольня № 1 расширяется до полного сечения с помощью ручного бурения и динамита. На итальянской стороне, где порода твёрдая и плотная, через каждые 50 ярдов делаются расширения, и верхняя галерея проходится в обоих направлениях, но по соображениям вентиляции ей никогда не разрешается опережать расширение более чем на 4 ярда, которое постепенно удлиняется и расширяется до требуемого сечения. Крепление не требуется, за исключением случаев, облегчающих разработку и строительство боковых стен. Для свода используются стальные кружала; они требуют меньше опор, дают больше места и могут использоваться повторно чаще без повреждений. Они состоят из двух двутавровых балок, согнутых по шаблону и склёпанных вместе в замке, опирающихся с обеих сторон на леса с интервалом 6 футов; продольные брусья 12 футов на 4 дюйма на 4 дюйма поддерживают кровлю. Ручное бурение скалы выполняется обычным способом: один человек держит инструмент, а второй бьёт; измерения разработки производятся каждые 2 или 3 ярда, отвес подвешивается от центра кровли, и через каждые полметра (20 дюймов) высоты производятся горизонтальные измерения до каждой стороны.

На конце у Брига встречается более мягкая порода, требующая временами тяжёлого крепления в штольне, и особенно при окончательной разработке до полного сечения, рис. 56. Нижняя штольня высотой 6 футов 6 дюймов проходится по центру, затем штольня расширяется до полного размера и крепится; укладывается бетон, формирующий водосточный канал и фундамент для одной боковой стены; боковые стены возводятся на высоту 6 футов 6 дюймов, и тоннель полностью разрабатывается на дальнейшую высоту 6 футов 6 дюймов с первого подмоста. Затем боковые стены продолжаются вверх на вторые 6 футов 6 дюймов, и со второго яруса разрабатывается и крепится третья высота 6 футов 6 дюймов. Наконец, свод расчищается, устанавливаются тяжёлые деревянные кружала, выкладывается свод, и все крепления извлекаются, кроме верхних затяжек, поддерживающих рыхлую породу.

1

2

3

4

5

6

7

8

Рис. 56. — Эскизы, показывающие последовательность работ при разработке и облицовке тоннеля Симплон.