«Тоннелестроение: Практическое руководство»

Каменная кладка для боковых стен получается либо из самого тоннеля, либо из соседнего карьера и варьируется по характеру в зависимости от давления; но лицевая часть свода всегда выполняется из тёсаных или искусственных камней, последние представляют собой цементный бетон состава 7:1. Там, где направляющая штольня, или «направляющая галерея», соединяется с криволинейной частью тоннеля № 1, сечение намного больше, что требует специального крепления.

Транспортировка (итальянская сторона).

Небольшая железнодорожная линия с колеёй 2 фута 7 1/2 дюймов и рельсами весом 40 фунтов на ярд входит во все три портала; но после строительства деревянного моста через Диверию маршрут через «направляющую галерею», поперёк штольни № 2, к тоннелю № 1 используется исключительно; эта железная дорога ведёт к забою в обеих штольнях и, где удобно, из одной штольни в другую по поперечным галереям. Используются вагонетки разных типов; но в основном это четырёхколёсные ящичные вагонетки без опрокидывания, снабжённые тормозами и вмещающие 2 куб. ярда породы. Используется специальный тип локомотива, спроектированный для прохождения кривых радиусом 50 футов и снабжённый специально большим котлом, чтобы избежать топки в тоннеле.

Рис. 57. — Общие детали вращательных буров Брандта, используемых в тоннеле Симплон.

Увеличенная иллюстрация

Метод работы.

Используемые бурильные машины относятся к типу Брандта, рис. 57, и устанавливаются следующим образом: небольшая четырёхколёсная каретка поддерживает в центре балку, короткое плечо которой несёт бурильный механизм, а длинное — противовес; вблизи центра находится распределитель. В коротком плече находится зажим, удерживающий распорную колонку, которая представляет собой цилиндр из ковкого железа с плунжером, образующим поршень, и зажимается гидравлическим давлением между стенками штольни, тем самым образуя жёсткую опору для бурильной машины и эффективный упор против реакции бура. Эта распорная колонка может вращаться на своём зажиме в плоскости, параллельной оси балки. На распорной колонке можно установить три или четыре отдельные бурильные машины, которые можно отрегулировать в любом разумном положении.

Бурильная машина выполняет двойную функцию: постоянного прижатия бура к породе с помощью полого поршня (I) и придания буру и поршню равномерного вращательного движения. Это вращательное движение придаётся гидравлическим двигателем с двумя цилиндрами простого действия (E), два поршня которого с ходом 2 7/8 дюйма действуют попеременно как клапаны. Кривошипы закреплены под углом 90° друг к другу на валу, который несёт червяк, входящий в зацепление с червячным колесом (Q), установленным на гильзе (R) полого поршня (I), и эта гильза, в свою очередь, входит в зацепление с поршнем посредством длинной шпонки, оставляя его свободным для осевого перемещения к забою или от него. Средняя скорость двигателя составляет от 150 до 200 оборотов в минуту, максимальная скорость — 300 оборотов в минуту. Потеря мощности между червяком и червячным колесом составляет не более 15%; поскольку червяк выполнен из закалённой стали, а колесо — из пушечного металла, обе контактирующие поверхности приобретают высокую степень полировки, что приводит к незначительному износу или нагреву. Принимая во внимание все другие источники потерь, используется 70% общей мощности. Давление на бур создаётся цилиндром и полым поршнем (I), который вращается вокруг дифференциального поршня (S), закреплённого на оболочке, удерживающей гильзу (R). Эта оболочка жёстко соединена с плитой основания двигателя и с помощью вертикального шарнира и пальца (T) удерживается зажимом (V), охватывающим распорную колонку. Когда вода подаётся в пространство перед дифференциальным поршнем, поршень, несущий бурильный инструмент, выдвигается вперёд, а когда подаётся в кольцевое пространство позади поршня, поршень отходит назад, извлекая инструмент из шпура. Сам бур представляет собой полую трубку из прочной стали с внешним диаметром 2 3/4 дюйма, вооружённую тремя или четырьмя острыми и закалёнными зубьями, и делает от пяти до десяти оборотов в минуту, в зависимости от характера породы. Когда поршень достигает конца своего хода в 2 фута 2 1/2 дюйма, инструмент быстро извлекается из шпура и отвинчивается от поршня; затем в инструмент и в поршень ввинчивается удлинительная штанга, и бурение продолжается, причём дополнительные длины добавляются по мере углубления инструмента; каждая смена инструмента или штанги занимает от 15 до 25 секунд. Удлинительные штанги представляют собой кованые стальные трубы, снабжённые четырёхзаходной резьбой и имеющие тот же внешний диаметр, что и бур. Они изготавливаются стандартной длины: 2 фута 8 дюймов, 1 фут 10 дюймов и 11 3/4 дюйма. Общий вес бурильной машины составляет 264 фунта, а вес распорной колонки, когда она заполнена водой, — 308 фунтов. Отработанная вода из двух цилиндров двигателя выходит через трубку в центре поршня и вдоль канала удлинительных штанг и бура, тем самым вымывая породу и охлаждая бур; любая излишняя вода находит выход через шланг под двигателями и оттуда уходит вниз по штольне. Распределитель, уже упомянутый, подаёт на каждую бурильную машину и распорную колонку гидравлическое давление из магистралей, соединение с которыми осуществляется с помощью гибких или шарнирных трубных соединений, обеспечивающих свободу во всех направлениях. Площадь поршня для подачи инструмента составляет 15 1/2 кв. дюйма, что при давлении 1470 фунтов на кв. дюйм даёт давление на инструмент более 10 тонн, в то время как для извлечения инструмента доступно 2 1/2 тонны. В породе, найденной в Изелле, а именно антигорио-гнейсе, шпур диаметром 2 3/4 дюйма и длиной 3 фута 3 дюйма бурится, как правило, за 12–25 минут; суточная скорость проходки составляет от 18 до 19 футов 6 дюймов в штольне с минимальным поперечным сечением 59 кв. футов; время, затрачиваемое на бурение десяти-двенадцати шпуров глубиной 4 фута 7 дюймов, составляет 2 1/2 часа.

Когда порода, образовавшаяся в результате одной операции, была достаточно расчищена, в начале линии рельсов укладывался стальной настил, который предусматривался вблизи забоя для облегчения погрузки лопатами и создания ровного пола для колес буровой каретки, после чего восемь или десять рабочих подкатывали буровые машины на их каретке. При приближении на достаточно близкое расстояние к забою распорная штанга разворачивалась поперек выработки и расклинивалась против скальных стенок; с помощью гибкого шланга устанавливалось соединение между распределителем и гидравлической магистралью, и по небольшой медной трубке подавалось давление на поршень распорной штанги, тем самым жестко фиксируя машину. Затем выполнялись соединения между тремя буровыми машинами и распределителем, и через 20 минут с момента подкатки машины все три бура приступали к интенсивной работе, при этом из шпуров вытекала вода.

Шум моторов и бурового инструмента был настолько сильным, что заглушал все, кроме криков; там, где удлинительные штанги прилегали неплотно, во все стороны били небольшие струи воды, из-за чего рабочим, управляющим инструментами, приходилось носить брезентовые плащи. Освещение осуществлялось исключительно с помощью небольших масляных ламп, снабженных крюком для удобства крепления в любой трещине скалы; электричество, вероятно, будет использоваться для освещения той части тоннеля, которая уже завершена.

На каждый бур выделялось по два человека: один управлял мотором, другой направлял и обслуживал инструмент; бригаду дополняли один мастер и два рабочих в резерве. Небольшой молоток широко использовался для ослабления винтовых соединений удлинительных штанг и бура. Шпур обычно начинали бурить двухлезвийным инструментом с плоским наконечником, пока не достигалась достаточная глубина, чтобы предотвратить увод кругового инструмента по поверхности скалы, однако во многих случаях шпур начинали сразу круговым инструментом. Отработанная вода в течение этого периода отводилась по шлангу под мотором. В антигорио-гнейсе для каждой проходки бурилось от десяти до двенадцати шпуров: от трех до четырех в центре на глубину 3 фута 3 дюйма, остальные, расположенные по периферии забоя, имели глубину 4 фута 7 дюймов. Среднее время, затрачиваемое на бурение шпуров, составляло от 1 часа 45 минут до 2 часов 30 минут. Было установлено, что вместо измельчения породы, как это делают алмазные буры, порода дробится, и продвижение достигается несколько похожим на работу циркулярной пилы по дереву способом. Керн породы внутри инструмента распадается на мелкие куски и при необходимости может быть извлечен, когда требуется удлинение бура.

Самые нижние шпуры, направленные вниз, заполнены водой; следовательно, в них вставляются два детонатора и два запала, но, помимо этого, вода мало влияет на заряд. Запалы центральных шпуров собираются вместе и обрезаются короче, чем запалы внешних шпуров, чтобы они могли взорваться первыми для усиления эффекта внешних зарядов. Все переносные предметы, такие как буры, трубные соединения, инструменты и т. д., тем временем уносятся назад; стальной настил покрывается слоем породы для предотвращения повреждений от падающих камней, а к концу гидравлической магистрали привинчивается латунная заглушка с пятью отверстиями; сразу после взрывов в тоннеле открывается клапан, и пять струй воды направляются на породу, осаждая пыль и очищая воздух. Необходимость этого проявилась в одном случае, когда эта насадка была повреждена взрывом и воду пришлось немедленно перекрыть, чтобы избежать бесполезного расхода; по прибытии к забою обнаружилось, что атмосфера настолько сильно насыщена пылью и дымом, что невозможно было различить камни под ногами, хотя на земле была установлена лампа; и несмотря на то, что воздушная труба работала на полную мощность, рабочие испытывали большие трудности с дыханием. Теперь подкатывается вагонетка, и четверо рабочих расчищают проход впереди, через груду породы, двое с кирками и двое с лопатами, в то время как по бокам и сзади находится столько людей, сколько позволяет пространство. Камень выбрасывается либо по бокам выработки, либо в вагонетку, при этом погрузка лопатами значительно облегчается благодаря стальному настилу, который перед взрывом был уложен поверх рельсов почти на 10 ярдов вдоль тоннеля для приема падающей породы. Эти стальные листы убираются по мере расчистки, и вагонетка продвигается вперед до тех пор, пока снова не сможет быть подкачена буровая машина, оставляя оставшуюся породу по бокам для уборки в свободное время во время следующей проходки. Свод и боковые стены, разумеется, тщательно проверяются киркой для обнаружения и удаления любой слабодержащейся или нависающей породы. Время, затраченное на каждую часть проходки в этом конкретном антигорио-гнейсе, следующее: подкатка и регулировка буров — 20 минут; бурение — от 1 часа 45 минут до 2 часов 30 минут; заряжание и взрывание — 15 минут; расчистка породы — 2 часа; или на одну полную проходку — от 4 часов 30 минут до 5 часов 30 минут, что дает продвижение на 3 фута 9 дюймов, или суточное продвижение почти на 18 футов.

Из этого следует, что время, затрачиваемое на расчистку породы, равно времени, затрачиваемому на бурение, и именно в этой расчистке, скорее всего, будет достигнута экономия времени, а не в процессе бурения. Было опробовано множество схем, таких как механический плуг для прокладки прохода; в Бриге пробовали «marinage», или расчистку с помощью мощных струй воды под высоким давлением, направляемых вдоль тоннеля, но эта идея еще недостаточно развита.

В Бриге была опробована еще одна серия экспериментов по использованию жидкого воздуха в качестве взрывчатого вещества вместо динамита; для этой цели была построена установка, состоящая из одного аммиачного компрессора, двух воздушных компрессоров и двух холодильников, поставляющая 1/10 галлона жидкого воздуха в час при расходе 17 л.с. Используется система профессора Линде, который сам руководит экспериментами. Большая трудность заключается в сокращении промежутка времени, который должен пройти между изготовлением патрона и его взрывом. Жидкий кислород, которым пропитан патрон, содержащий кизельгур (кремнистую землю) и парафин, очень легко испаряется, теряя силу с каждой минутой; следовательно, эффект каждого патрона не может быть гарантирован, и хотя это чрезвычайно мощное взрывчатое вещество при использовании сразу после изготовления, практического результата пока не получено.

Электростанция.

— Вода в изобилии имеется с обеих сторон, поэтому в качестве движущей силы используется гидравлическая энергия. На итальянской стороне через реку Диверия в точке недалеко от швейцарской границы, примерно в 3 милях выше места расположения установок, была построена плотина высотой 5 футов. Часть задержанной таким образом воды через регулирующие затворы и решетки поступает в каменный канал, ведущий к двум параллельным отстойникам размером 111 на 16 футов каждый, откуда после оседания всего песка и твердых частиц чистая вода поступает в водоприемник и, перелившись через плотину, пройдя через решетку и мимо впускных затворов, попадает в металлический трубопровод из 3-футовых труб. Каждый из отстойников и подводящий канал снабжены затворами в нижней части, ведущими прямо к реке, через которые весь осевший песок и твердые частицы могут быть вымыты естественным путем, если позволить речной воде свободно протекать через них. Для этой цели дно бассейнов имеет средний уклон 1 к 30. По той же причине русло реки непосредственно за входом в подводящий канал выложено деревянными досками, с которых камни, скапливающиеся за плотиной, могут быть вымыты, если позволить железному клапану, подвешенному на петлях в нижней части, изменить свое положение с вертикального на горизонтальное в проеме, специально оставленном в плотине, тем самым вызывая стремительный поток, который очищает его.

Основные уровни следующие:

Level of water at dam 794.00 meters above sea level.

„ in water-house 793.70 „ „ „ „

„ at turbines 618.50 „ „ „ „

что дает общий перепад 175,20 м или 570 футов и давление 17,52 атмосферы.

Количество воды, которое можно забрать из Диверии зимой, когда реки, зависящие от горных снегов, находятся на самом низком уровне, рассчитывается как 352 галлона в секунду. Таким образом, принимая, что напор уменьшается из-за трения и т. д. до 440 футов, а полезный коэффициент составляет 70%, на валу турбины получается 2000 л.с.

Материал металлического трубопровода варьируется в зависимости от давления; так, чугунные трубы диаметром 3 фута и толщиной 13/16 дюйма используются при давлении до 2 атмосфер, после чего они заменяются на кованые железные. Чугунная часть в последнее время доставила немало хлопот из-за просадки опор, вызывающей периодические разрывы, поэтому под каждым стыком этой части была установлена каменная опора. В следующей таблице приведены толщины и диаметры, изменяющиеся в зависимости от давления:

Water

Pressure. Thickness. Diameter. Weight

per Yard.

Head

in Feet. Milli-

meters. Inch. Feet. Inches. Lbs.

246 6 1⁄4 3 0 326

311 7 ... 3 0 383

360 8 ... 3 0 431

393 9 ... 3 0 483

426 10 ... 3 0 556

476 12 ... 3 0 651

590 16 5⁄8 3 3 1⁄3 977

Эта труба опирается через каждые 30 футов на небольшие каменные опоры, на вершине которых помещен деревянный блок, выдолбленный для размещения трубы, что позволяет компенсировать любое движение из-за сжатия и расширения трубопровода. Однако, чтобы предотвратить чрезмерное движение, труба проходит через каждые 300–500 ярдов через кубический блок кладки со стороной 13 футов, усиленный продольными стяжками. Пять полос уголковой стали, приклепанных вокруг трубы, фланцы которых заделаны в кладку, образуют жесткую фиксированную точку. Там, где труба подвергается воздействию солнца, ее накрывают соломенными матами. Температура трубопровода, однако, не сильно меняется, так как труба постоянно заполнена водой. Для снабжения буровых машин водой под максимальным давлением 100 атмосфер, или 1470 фунтов на кв. дюйм, была установлена система из четырех пар насосов высокого давления, и в настоящее время ведется монтаж еще более крупного дополнения. В настоящее время две турбины Пелтона мощностью по 250 л.с. каждая, работающие со скоростью 170 оборотов в минуту, приводят в действие насосы с помощью зубчатой передачи со скоростью 63 оборота в минуту. Эти насосы имеют очень простую, но прочную конструкцию, с одним всасывающим и двумя нагнетательными отверстиями, что влечет за собой наличие одного всасывающего и одного нагнетательного клапана, оба тяжелые и с малым подъемом. Большая часть плунжера имеет в точности вдвое большую площадь поперечного сечения, чем меньшая часть, так что при прямом ходе половина воды, принятой при последнем впуске, перекачивается в магистрали высокого давления, и в то же время всасывается свежая порция воды. Во время обратного хода половина этого нового запаса перекачивается в магистрали, а остальная часть поступает во вторую камеру, чтобы быть перекачанной во время следующего прямого хода. Таким образом, работа, совершаемая за два хода, практически одинакова. Насосы установлены парами под углом 90° для обеспечения равномерного давления и равномерной подачи в магистрали. Их размер варьируется; но в Изелле есть три пары с ходом 2 фута 2 1/2 дюйма и плунжерами диаметром 2 11/16 дюйма и 1 7/8 дюйма (приблизительно), подающие 1,32 галлона в секунду.

Чтобы избежать повреждения клапанов, перекачиваемая вода берется из ручья на склоне горы и проходит через фильтрующие сетки. Вода высокого давления после прохождения аккумулятора поступает в тоннель по цельнотянутым кованым железным трубам с внутренним диаметром 3 1/8 дюйма, толщиной 3/16 дюйма и длиной 26 футов. Диаметр этих магистралей варьируется в зависимости от их длины, чтобы избежать потери давления. На 1250 ярдах тоннеля, пройденных к настоящему времени, теряется 10 атмосфер.

В Бриге установки, насколько это возможно, идентичны. Однако вода Роны перед поступлением в водоприемник доставляется из фильтрационных бассейнов на расстояние 2 миль по армированному каналу, построенному по системе Хеннебика, стены и несущие балки которого из цементного бетона усилены внутренними стальными стяжками. Бетонные стойки, издалека напоминающие деревянные брусья, иногда достигают 35 футов в высоту и имеют сечение 1 фут 7 1/2 дюймов. Металлический трубопровод имеет диаметр 5 футов, минимальный расход 176 куб. футов в секунду и общий перепад 185 футов. В случае, если гидроэнергия окажется недоступной, на каждом конце тоннеля всегда наготове содержатся три полупередвижных паровых двигателя, два мощностью 80 л.с. и один мощностью 60 л.с., соединенные ременной передачей с валом турбины.

Сеть стальных стержней, заделанных в бетон.

Вентиляция.

— В тоннелестроении одной из важнейших проблем, подлежащих решению, является вентиляция, и именно по этой причине Симплонский тоннель состоит из двух параллельных выработок с поперечными сбойками через каждые 220 ярдов. В Бриге был пройден ствол глубиной 164 фута через вышележащую породу до встречи с «направляющей галереей». По этому дымоходу грязный воздух вытягивается с помощью дровяных костров, а свежий воздух — объемом 19 000 000 куб. футов в сутки, или 13 200 куб. футов в минуту — поступает по выработке № 2, проникая до последней поперечной галереи и возвращаясь по тоннелю № 1. Входы в тоннель № 1 и «направляющую галерею», а также все промежуточные поперечные галереи закрыты дверями. Однако при такой организации свежий воздух не доходит до забоев; поэтому труба диаметром 8 дюймов прокладывается от свежего воздуха в выработке № 2 до расстояния 15 ярдов от забоя каждой выработки, и по этой трубе с помощью струи воды нагнетается поток воздуха, причем объем воздуха на каждый забой составляет 800 куб. футов в минуту. Одна струя воды из магистралей высокого давления диаметром 1/16 дюйма способна подавать более 1000 куб. футов воздуха в минуту в конце 160-ярдовой трубы, и во время проходки рабочие у буров находятся в постоянном потоке воздуха при температуре 70° F. В Изелле воздух нагнетается во вход выработки № 2 со скоростью 14 100 куб. футов в минуту двумя вентиляторами, приводимыми в действие от вала турбины. Этот воздух проходит от вентиляторов по трубе диаметром 18 дюймов до точки в 15 ярдах внутри тоннеля, где за дверью труба сужается, образуя сопло диаметром 10 дюймов. Эта дверь держится открытой, чтобы позволить наружному воздуху затягиваться в тоннель, так как выработки в настоящее время имеют длину всего 2500 ярдов, что создает сопротивление, недостаточное для того, чтобы заставить воздух возвращаться. Затем свежий воздух проходит по выработке № 2, пересекая верх «направляющей галереи», от которой он отделен дверями, до последней поперечной галереи, возвращается по тоннелю № 1 и, наконец, выходит либо через «направляющую галерею», либо через тоннель № 1. Система охлаждения воздуха и его нагнетания с помощью большого количества водяных струй будет установлена в выработке № 2 там, где она пересекает «направляющую галерею», но в настоящее время в этом нет необходимости.

Средняя температура в забое составляет 73° F во время бурения, 76° F после взрыва зарядов и достигает максимума 80° F, в последнее время доходя до 86° F на южной стороне, при 80° F и 85° F до и после взрыва. Температура породы измеряется через каждые 110 ярдов в шпурах глубиной 5 футов и показывает постепенное повышение в зависимости от глубины залегания породы, ее теплопроводности и формы поверхности горы. Максимум, достигнутый до сих пор на северной стороне, составляет 68° F, в то время как на южной стороне, хотя пройдено меньшее расстояние, она достигает 79° F из-за более быстрого увеличения глубины. Кроме того, температура породы наблюдается на постоянных станциях, в 550 ярдах от входов, в ее отношении к температуре воздуха в тоннеле и наружного воздуха, и хотя на северной стороне температура породы меняется почти так же быстро, как температура воздуха в тоннеле, на южной стороне она подвержена влиянию гораздо меньше.

Несколько статистических данных могут представлять интерес в отношении прогресса за последние три месяца (взято из квартального отчета за январь 1900 года). В Бриге, где в выработке № 1 работают три буровые машины, а в параллельной выработке — две, общая длина выработки составила 995 ярдов, или 6409 куб. ярдов за 89 рабочих дней, при средней площади поперечного сечения 57 кв. футов. Для этого потребовалось 507 проходок и 3066 шпуров общей глубиной 26 600 футов, 14 700 переточек бурового инструмента и 44 000 фунтов динамита.

Среднее время, затраченное на бурение, составило 2 часа 45 минут, в то время как заряжание, взрывание и расчистка породы заняли 6 часов 35 минут. В Бриге в тоннеле одновременно было занято 648 рабочих и 29 лошадей. В Изелле численность составляла 496 рабочих и 16 лошадей, работающих в смены по 8 часов. Снаружи тоннеля, в мастерских, кузницах и т. д., рабочие трудятся от 8 до 11 часов в день, всего 541 рабочий в Бриге и 346 рабочих в Изелле. На итальянской стороне, где порода гораздо тверже, в каждой выработке было по три буровые машины; общая длина выработки при площади поперечного сечения 62 кв. фута составила 960 ярдов, или 6700 куб. ярдов за 91 рабочий день. Для этого потребовалось 61 293 переточенных инструмента, 758 проходок, 7940 шпуров общей глубиной 33 000 футов и 56 000 фунтов динамита. Среднее время, затраченное на бурение, составило 2 часа 55 минут, а на заряжание и расчистку — 2 часа 36 минут. Таким образом, в твердом гнейсе для выемки 1 куб. ярда породы требовалось 8 1/2 фунтов динамита, и каждый инструмент проходил 6 1/2 дюймов породы, прежде чем требовал переточки.

ТОННЕЛЬ МЮРРЕЙ-ХИЛЛ.

При строительстве секции IV Нью-Йоркского метрополитена под Парк-авеню между 33-й и 41-й улицами использовался метод проходки штолен. В этом месте четыре пути метрополитена проходят под скалистым возвышением, известным как Мюррей-Хилл, в двух параллельных двухпутных тоннелях, расположенных на расстоянии 43 футов друг от друга (между осями). Здесь уже существовал двухпутный тоннель, построенный много лет назад Пенсильванской железной дорогой (New York Central and Hudson River R.R.) и используемый в настоящее время трамваями Мэдисон-авеню. Два тоннеля метрополитена были пройдены непосредственно под существующим тоннелем, а также в непосредственной близости от фундаментов дорогих жилых домов вдоль Парк-авеню, особенно на Мюррей-Хилл, одном из лучших жилых районов города.

Пройденный материал.

— Материал, пройденный при выемке, состоял главным образом из поверхностного выхода слюдяного сланца, подстилающего остров Манхэттен. Порода по большей части залегала компактными пластами с падением под углом около 45° с востока на запад, но периодически встречались неустойчивые пласты, которые при освобождении соскальзывали по подстилающему пласту. Проблемы из-за таких оползней возникали во время строительства тоннеля.

Поперечное сечение.

— Поперечное сечение, выбранное для тоннелей, имело вертикальные боковые стены и трехцентровый свод с наиболее плоской кривой в замке. Внутренние размеры составляли 25 футов в ширину и 16 футов в высоту. Выбранное поперечное сечение не было наилучшим образом приспособлено для тоннеля, проходящего через скалу, где самая крутая кривая должна быть вверху, но в данном случае плоская кривая была выбрана из-за местных условий; главным образом, из-за наличия существующего тоннеля и, как следствие, необходимости оставлять определенную толщину породы между ним и новым тоннелем, не сильно понижая отметку пути метрополитена.

Рис. 58. — Последовательность выемки в тоннеле Мюррей-Хилл.

Выемка.

— Два параллельных тоннеля проходились исключительно с концов, достигнутых через шахты; таким образом, тоннели разрабатывались в четырех точках. Именно в этих тоннелях было проведено сравнительное испытание различных методов проходки тоннелей через скалу. Подрядчик применил метод верхнего уступа и штольни на южных концах тоннелей, при этом восточный тоннель проходился с помощью штольни, а в западном тоннеле следовал обычному методу верхнего уступа. Последний метод проиллюстрирован в следующей главе, а восточный тоннель на 33-й улице, пройденный с помощью штольни, рассматривается здесь.

Рис. 58 показывает последовательность проходок, принятую для этого тоннеля. Работа началась с нижней штольни высотой около 10 футов, шириной 8 футов и глубиной 7 футов, которая располагалась с одной стороны от оси тоннеля, как показано на рисунке. Эта штольня была немедленно расширена путем удаления частей, отмеченных цифрой 2. Примерно в 50 футах позади была удалена часть, отмеченная цифрой 3, тем самым расчищая всю нижнюю часть тоннеля. Секция 4, примерно в 50 футах позади секции 3, была затем обрушена и удалена.

Методы бурения и взрывных работ были следующими: при проходке первоначальной штольни делался клиновидный центральный вруб, а затем он расширялся до полного размера штольни путем бурения параллельных шпуров. Последующие секции, 2 и 3, удалялись путем бурения параллельных шпуров, в то время как верхняя секция, 4, удалялась с помощью центрального вруба и параллельных шпуров. Буры устанавливались на колонках, по два бура на колонку, и шпуры обычно бурились на глубину около 7 футов, начиная с диаметра 2 3/4 дюйма и заканчивая диаметром 1 3/4 дюйма. Взрывались они 40% динамитом легкими зарядами, за один раз взрывалось лишь несколько шпуров, обычно не более трех или четырех.

Рис. 59. — Передвижная платформа для выемки верхней боковой части тоннеля Мюррей-Хилл.

Для удаления секции 4 использовалась передвижная платформа длиной 10 1/2 футов и шириной 25 футов. Эта платформа, как показано на рис. 59, состояла из двух продольных балок, установленных на четырех колесах с двойным ребордом, которые двигались по рельсам, уложенным на расстоянии 23 футов друг от друга. На вершине этих балок покоились четыре стойки размером 12 на 12 дюймов, раскрепленные во всех направлениях против каркаса платформы. Этот каркас был построен из балок 12 на 12 дюймов, уложенных продольно, поперечные балки имели размер 12 на 14 дюймов. Сама платформа была сделана из 3-дюймовых досок и была установлена на 9 футов выше пола тоннеля. Колонки, поддерживающие буры для выемки верхней секции 4, устанавливались над платформой, которая затем усиливалась другими вертикальными подпорками, как показано пунктирными линиями на рисунке. Эти подпорки, однако, были размещены так, чтобы оставить просвет под платформой для вагонеток, вывозящих породу спереди. Во время взрывных работ платформа отодвигалась назад, чтобы взорванная порода падала на пол тоннеля, откуда она грузилась в ящики на вагонетках.

Крепление.

— Когда порода была трещиноватой и полной разломов, идущих во всех направлениях, необходимо было поддерживать свод выработки. Это делалось следующим образом: после удаления части 4 устанавливались деревянные элементы, поддерживающие свод выработки. В данном случае использовалось полигональное крепление. Оно состояло из тяжелых деревянных рам, расположенных поперечно оси тоннеля и поддерживающих доски или затяжки, которые шли продольно вдоль свода выработки. В тоннеле Мюррей-Хилл использовалась семисегментная арочная рама. В нижней части секции 4 продольно укладывались балки 12 на 16 дюймов, и на них опирались наклонные сегменты, которые вместе с горизонтальным сегментом образовывали арочную раму, как показано на рис. 60. Когда давление было слишком сильным, замковый сегмент усиливался балкой 6 на 12 дюймов, удерживаемой на месте двумя наклонными подпорками 12 на 12 дюймов, которые опирались на шаблоны. Поскольку тоннель был облицован бетоном, крепь оставляли на месте, и она строилась за линией экстрадоса бетонной обделки. Крепление использовалось лишь на коротком участке, но оно требовало большего объема выемки породы, когда в нем возникала необходимость.

Рис. 60. — Крепление, использованное в тоннеле Мюррей-Хилл.

Транспортировка.

— Высокая эффективность была показана в методе вывоза выработанных материалов. На полу тоннеля были уложены три параллельных узкоколейных пути, которые доходили до забоев передовых штолен. По этим путям ходили небольшие платформы. Они перевозили стальные ящики размером 5 футов в квадрате и 15 дюймов глубиной, оснащенные тремя подъемными кольцами и цепями. После заполнения вагонетки подкатывались к нижней части шахты, ящики поднимались жестконогим деррик-краном, установленным на устье шахты, и порода сбрасывалась в бункеры для хранения емкостью 300 куб. ярдов. Эти бункеры были подняты на 8 футов над улицей, так что под них можно было подгонять вагоны для погрузки породы через желоба. Дробленый камень загружался в ящики вручную.

Бетонная обделка.

— Тоннель был облицован бетоном, который изготавливался на довольно сложной установке. На устье шахты была построена установка для дробления камня, состоящая из бункеров для сырого и дробленого камня, а смесительная установка была подвешена к шахте. На платформе устья шахты находились два бункера рядом, один для дробленого камня, другой для песка; оба сообщались с помощью люков с воронкообразным желобом. Материалы из воронки подавались в мерный ящик, где цемент вручную насыпался поверх других ингредиентов. Затем они подавались через брезентовый желоб в кубический смеситель, приводимый в действие двигателем. Смеситель выгружал свое содержимое в скипы, установленные на вагонетках в нижней части шахты, и бетон доставлялся внутрь тоннеля, готовый к использованию.

Строительство обделки осуществлялось с помощью передвижных платформ. Сначала укладывались фундаментные ряды. Поскольку они выступали внутрь примерно на 18 дюймов от краев готовых тротуаров, можно было уложить рельсовый путь на их верхние внутренние края с каждой стороны тоннеля. Эти рельсы несли передвижные платформы. Таких платформ было три: передняя использовалась для возведения боковых стен; центральная — для установки деррик-крана; последняя — для возведения свода. Платформа для боковых стен была установлена на шести колесах. С каждой стороны была установлена регулируемая опалубка, изогнутая в соответствии с внутренним профилем боковой стены. В процессе работы эта платформа подкатывалась к месту, где должны были возводиться боковые стены, и опалубка устанавливалась в нужное положение и закреплялась. Скипы с бетоном поднимались на ее верх, их содержимое лопатами перебрасывалось в пространство между опалубкой и стеной выработки и там утрамбовывалось до тех пор, пока готовый бетон не достигал верха опалубки. Когда бетон схватывался, клинья, удерживающие опалубку, ослаблялись, и платформа перемещалась вперед и регулировалась для строительства нового участка стены. Платформа для деррик-крана имела ширину 23 1/2 фута и длину 18 футов. Поперечно она имела три пролета, два из которых были застелены, а один оставлен без настила, чтобы обеспечить проход для скипов с бетоном к вагонеткам на полу тоннеля внизу и обратно. В центре застеленной площади был установлен деррик-кран для работы со скипами. В процессе работы платформа деррик-крана находилась между платформой для боковых стен впереди и платформой для свода позади. Конструкция платформы для свода была практически такой же, как и платформы для боковых стен, с добавлением кружал свода на каждой секции, на которые можно было укладывать опалубку. Порядок действий заключался в возведении формы для небольшого пространства между уже построенными боковыми стенами и пятами свода, перебрасывании бетона из скипов лопатами и его укладке. Затем опалубка свода, часть за частью, устанавливалась вверх от пят, и бетон заполнялся и утрамбовывался за ней. Обделка строилась от пят вверх, пока две стороны не сближались на расстояние около 5 футов друг от друга в замке. Эта 5-футовая замковая полоса строилась путем работы от заднего конца платформы к переднему.

Оборудование.

— Оборудование, использованное подрядчиками для секции IV метрополитена, включало центральную силовую установку, расположенную примерно в 4000 футах от места работ. Она находилась на 42-й улице недалеко от Ист-Ривер и обеспечивала энергией работы как на секции IV, так и на секции V. Здания состояли из машинного зала размером 63 на 30 футов и котельной размером 42 на 28 футов. В первом зале был расположен один воздушный компрессор Rand-Corliss размером 22 на 40 на 48 дюймов, имеющий производительность 5000 куб. футов свободного воздуха в минуту; во втором зале находились два водотрубных котла мощностью 200 л.с. каждый. Также имелось необходимое оборудование: питательный насос, насос воздушного конденсатора и т. д. Компрессоры нагнетали воздух в ресивер размером 20 на 5 1/2 футов из клепаной стали через 7-дюймовую трубу. Воздух из ресивера подавался по 10-дюймовой трубе на расстояние 3277 футов до угла Парк-авеню и 41-й улицы, а оттуда направлялся на юг вдоль Парк-авеню по 8-дюймовой трубе, от которой 3-дюймовые ответвления вели к четырем забоям работ.

Вентиляция.

— Вентиляция тоннеля доставляла очень мало хлопот. В прохладную погоду естественная тяга шахт и воздух, выходящий из буров, служили для поддержания атмосферы в здоровом состоянии. В теплую погоду были необходимы искусственные средства для очистки выработок от грязного воздуха, особенно после взрывных работ. Они включали на каждом конце 4-футовый американский вытяжной вентилятор, забирающий воздух из 12-дюймовой трубы из оцинкованного железа, которая доходила до забоев.

Освещение.

— Тоннель освещался электрическими лампами, которые доходили даже до забоя. Однако во время взрывных работ все лампы и провода в пределах 100 футов от забоя убирались и использовались бензиновые факелы; они также применялись до того, как можно было заменить электрические лампы и провода, для освещения тоннеля во время расчистки породы.

ГЛАВА XI. ТОННЕЛИ ЧЕРЕЗ ТВЕРДУЮ ПОРОДУ (Продолжение). — ВЫЕМКА МЕТОДОМ ВЕРХНЕГО УСТУПА.

ЕВРОПЕЙСКИЕ И АМЕРИКАНСКИЕ МЕТОДЫ.

Более распространенным методом проходки тоннелей через твердую породу является начало работ с верхнего уступа, а не со штольни. Этот уступ может иметь небольшие размеры, а остальная часть сечения также может быть удалена последовательными небольшими частями, либо он может быть на всю ширину сечения, а расширение сечения производится за один другой проход.

Рис. 61. — Диаграмма, показывающая последовательность выемки при методе верхнего уступа в тоннелестроении.

Общее обсуждение.

— Когда тоннель разрабатывается с помощью нескольких проходов, что является методом, обычно применяемым в Европе, последовательность работ указана на рис. 61. Работа начинается с проходки центрального верхнего уступа № 1, пол которого находится на уровне низа свода, и который обычно разрабатывается методом кругового вруба. Этот уступ расширяется путем удаления частей № 2 и 3 до тех пор, пока не будет удалена верхняя часть сечения, затем строится свод, опирающийся своими пятами на неразработанную породу внизу. Нижняя часть сечения или нижний уступ удаляется путем предварительной проходки траншеи № 4, после чего удаляется часть № 5, а затем части № 6 и 7, и строятся боковые стены. Наконец, открывается часть № 8 для водостока. Уступ, как правило, проходится далеко вперед, но выемка каждой из других частей следует за предыдущей на расстоянии около 300 футов позади.

Крепление, когда оно требуется, обычно представляет собой типичное радиальное крепление бельгийского метода тоннелестроения. Каменная обделка строится практически так же, как и в тоннелях, пройденных штольней. Транспортировка осуществляется по одному пути, уложенному в уступе № 1, который разделяется на два пути там, где было разработано полное верхнее сечение путем удаления частей № 2. Эти два пути снова объединяются и образуют один путь вдоль верха части № 5, которая была оставлена более широкой, чем часть № 4, для этой конкретной цели. Когда разрабатывается часть № 3, на ее полу укладывается путь стандартной колеи; и по мере завершения полного сечения тоннеля путем удаления частей № 4 и 5, этот путь заменяется двумя путями стандартной колеи, на которые он переключается. Порода перегружается с узкоколейных путей на верхнем уровне на пути стандартной колеи на полу тоннеля с помощью желобов, а строительные материалы перегружаются в обратном направлении с помощью подъемных устройств.

Когда выемка производится одним широким уступом и одним другим проходом для удаления нижнего уступа, что является методом, предпочитаемым американскими инженерами, он называется методом верхнего и нижнего уступа. Работа начинается с удаления верхнего уступа на всю ширину сечения; этот уступ обычно делается высотой 7 или 8 футов и разрабатывается методом центрального вруба. Обычно используемый метод крепления заключается в возведении последовательных трех- или пятисегментных деревянных арок, пяты которых опираются на верх нижнего уступа; когда нижний уступ удаляется, под пяты каждой арки вставляются стойки. Эти арки покрываются дощатой затяжкой. В Америке часто практиковалось использование этого крепления в качестве временной обделки и замена его только спустя некоторое время, часто через годы, постоянной каменной обделкой. В следующей главе описаны некоторые методы, принятые при переобделке деревянных арок каменной кладкой. Транспортировка осуществляется по узкоколейным или ширококолейным путям, уложенным на полу завершенного сечения внизу. Часто используется устройство, называемое вагонеткой для нижнего уступа, чтобы позволить вагонеткам, идущим по путям уступа, сбрасывать свои грузы в вагонетки внизу, не мешая работе на фронте нижнего уступа. Это устройство состоит из широкой платформы, установленной на тележках, движущихся по рельсам по бокам пола тоннеля, так что она находится на одном уровне с полом уступа. Передняя часть этой платформы несет откидной лист, который может подниматься и опускаться и образует своего рода сходни, достигающие пола уступа. Выкатывая вагонетки уступа на эту передвижную платформу, их можно разгружать в вагонетки внизу, полностью освобождая место для работы, ведущейся на фронте нижнего уступа.

Для иллюстрации двух методов проходки тоннелей с помощью уступа, которые были кратко описаны, были выбраны тоннели Сен-Готард и Форт-Джордж. Тоннель Сен-Готард выбран как один из самых длинных тоннелей в мире и потому, что он был пройден по частям; а тоннель Форт-Джордж — как двухпутный тоннель, пройденный методом верхнего и нижнего уступа и имеющий бетонную обделку.

ТОННЕЛЬ СЕН-ГОТАРД.

Тоннель Сен-Готард пронзает Альпы между Италией и Францией и имеет длину 9 1/4 миль. Он был построен в 1872–1882 годах.

Пройденный материал.

— Тоннель Сен-Готард был пройден через породу, состоящую главным образом из гнейса, слюдяного сланца, серпентина и роговой обманки, при этом пласты имели наклон от 45° до 90°. Во многих местах порода была трещиноватой и легко разрушалась, и в больших количествах встречалась вода, вызывавшая много проблем.

Выемка.

— Последовательность выемки показана на рис. 14, стр. 36. Сначала был пройден верхний центральный уступ № 1, размеры которого варьировались от 8,25 на 8,6 футов до 8,5 на 9 футов в зависимости от качества породы, никогда не менее чем на 1000 футов, а иногда более чем на 3000 футов впереди частей № 2. Выемка частей № 2 открывала полное верхнее сечение, а части № 3, 4, 5, 6 и 7 удалялись в порядке нумерации.

Крепление.

— Там, где требовалось регулярное крепление, была принята конструкция, показанная на рис. 62.

Каменная кладка.

— Тоннель Сен-Готард на всем протяжении облицован каменной кладкой. После того как верхняя часть сечения была полностью разработана, был построен свод, пяты которого опирались на короткие доски на верху нижнего уступа. При строительстве свода использовались дощатые кружала. Для свода использовалась кирпичная кладка, но боковые стены были построены из бутовой кладки. В боковых стенах через определенные интервалы были устроены ниши для укрытия глубиной около 3 футов, а примерно через каждые 3000 футов были построены ниши для хранения глубиной около 10 футов, закрывающиеся дверью. Водосток был из кирпичной кладки.

Механическое оборудование.

— При проходке тоннеля Сен-Готард использовалась исключительно гидроэнергия. На северном конце были перегорожены плотинами реки или потоки Ройс, а на южном конце — Тессин и Тремола, и их воды направлялись к турбинным установкам на противоположных концах тоннеля. Мощность, поставляемая таким образом Ройсом, составляла около 1500 л.с., а мощность, поставляемая объединенным потоком Тессина и Тремолы, — 1220 л.с. Турбинная установка на обоих концах сначала состояла из четырех горизонтальных импульсных турбин, но позже на южном конце были добавлены еще две турбины. Каждый из двух комплектов из четырех турбин, установленных первыми, приводил в действие пять групп по три компрессора в каждой, а две дополнительные турбины приводили в действие две группы по четыре компрессора в каждой. Компрессоры были типа Colladon с впрыском воды, и четыре группы по три компрессора каждая были способны поставлять 1000 куб. ярдов воздуха, сжатого до давления от семи до восьми атмосфер, каждый час, или около 100 л.с. в час, подаваемых к бурам на фронте. Этот воздух при выхлопе обеспечивал около 8000 куб. ярдов свежего воздуха в час для вентиляции.

Компрессоры у каждого входа нагнетали воздух в группу из четырех цилиндрических ресиверов из кованого железа, каждый диаметром 5,3 фута и длиной 29,5 футов, имеющих емкость 593 куб. фута. Цилиндры были расположены горизонтально, первый принимал воздух с одного конца и выпускал его с другого конца в следующий цилиндр и так далее. Благодаря такой организации воздух осушался от влаги, и выхлоп из конечного ресивера в подающие трубы тоннеля не подвергался влиянию пульсаций компрессоров. Подающая труба уменьшалась в диаметре от 8 дюймов у ресивера до 4 дюймов и, наконец, до 2 1/2 дюймов у фронта.

Использовались буры различных моделей. Первым использовался «перфоратор» Дюбуа и Франсуа, в котором буровая коронка подавалась вперед вручную. Его заменили буры Ферру с автоматической подачей. На северном конце тоннеля использовался «перфоратор» Жюля Маккина. Все эти буры были ударного типа и устанавливались на каретках, движущихся по рельсам. Их сравнительная эффективность была официально протестирована при бурении гранитного гнейса с рабочим давлением воздуха 5,5 атмосфер со следующими результатами:

Name of

Drill. Penetration

Ins. per Min.

Ferroux 1.6

McKean 1.4

Dubois & François 1.04

Soummelier 0.85

Уступ разрабатывался методом кругового вруба, шпуры бурились следующим образом: вблизи центра уступа сначала бурились три шпура, сходящиеся так, чтобы охватить пирамиду с треугольным основанием. Вокруг этих центральных шпуров бурилось от 9 до 13 других параллельно оси тоннеля. Сначала взрывались центральные шпуры, а затем окружающие. На бурение двух комплектов шпуров требовалось от 3 до 5 часов, а на удаление взорванной породы — от трех до четырех часов. Количество шпуров, пробуренных при удалении каждой из различных частей, было следующим:

Part No. 1 6 to 9

Part No. 2 6 to 10

Part No. 3 2

Part No. 4 6 to 9

Part No. 5 3

Part No. 6 6 to 9

Part No. 7 1

Total for full section 36 to 40

Транспортировка.

— В тоннеле Сен-Готард для транспортировки породы и строительных материалов использовались две разные системы. Для удаления породы из частей № 1 и 2 на полу уступа был уложен узкоколейный путь, и вагонетки перевозились лошадьми, так как уклон был направлен от фронтов. Эти узкоколейные вагонетки разгружались в более крупные ширококолейные вагонетки, движущиеся по пути, уложенному на полу завершенного сечения, и перевозимые локомотивами на сжатом воздухе (рис. 63). Для подъема поступающих конструкционных материалов с ширококолейных вагонеток на узкоколейные вагонетки, движущиеся на уровне выше, использовались подъемные устройства.

Рис. 62. — Метод крепления свода, тоннель Сен-Готард.

Рис. 63. — Эскиз, показывающий расположение путей вагонеток, тоннель Сен-Готард.

ТОННЕЛЬ ФОРТ-ДЖОРДЖ. [10]

От точки к северу от 157-й улицы и Бродвея почти до Дайкман-стрит, то есть на расстоянии почти двух миль, Нью-Йоркский метрополитен проходит под возвышением, известным как Форт-Вашингтон-Хайтс, которое почти ограничивает остров Манхэттен на его верхнем конце рядом с судоходным каналом Гарлем. Под этим возвышением была построена скоростная железная дорога в тоннеле. Тоннель проходился из двух промежуточных шахт глубиной более 110 футов, расположенных одна на 169-й улице, а другая на 181-й улице и Бродвее. Обе шахты были пройдены с одной стороны от центральной линии тоннеля. После того как эти шахты использовались для рабочих целей во время строительства тоннеля, они были оборудованы электрическими лифтами для перевозки пассажиров с улиц на глубокую станцию.

[10] Сокращено из статьи Стивена У. Хопкинса в Harvard Engineering Journal, апрель 1908 г.

Материал.

— Материал, встреченный при выемке тоннеля Форт-Джордж, был обычным слюдяным сланцем, встречающимся повсюду на острове Манхэттен. Он был полон разломов с пластами, идущими во всех направлениях, до такой степени, что во многих местах свод тоннеля приходилось поддерживать деревянными элементами; на других участках вдоль линии порода была настолько разрушена, что считалась очень рыхлым и коварным грунтом. Во время строительства этого тоннеля произошло два серьезных несчастных случая, каждый из которых сопровождался человеческими жертвами. Оба они были вызваны внезапным падением большого скального выступа, который после того, как тоннель был разработан до полного сечения, оставался висеть на своде, лишенный какой-либо поддержки и удерживаемый на месте лишь слабым сцеплением материала, заполняющего разломы.

Разработка выемки.

Тоннель разрабатывался методом верхнего уступа всего в два прохода, а именно: верхний уступ и нижний уступ, как показано на рис. 65. Верхний уступ, почти такой же широкий, как верхняя часть сечения тоннеля, разрабатывался способом, описанным на стр. 91. После удаления верхнего уступа расширение всей верхней части сечения тоннеля выполнялось путем бурения трех наклонных шпуров с каждой стороны верхнего уступа. Они бурились под разными углами и на разную глубину, как показано на рисунке, и назывались оконтуривающими шпурами. В то же время нижний уступ удалялся с помощью пяти шпуров — трех вертикальных и двух наклонных. Уровень подошвы тоннеля достигался с помощью пяти откаточных шпуров, пробуренных почти горизонтально с небольшим уклоном вниз. Перфораторы для верхнего уступа устанавливались на колонках, все остальные — на треногах. Взрывные работы проводились в следующем порядке: в первую очередь взрывались откаточные шпуры, во вторую — нижний уступ и оконтуривающие шпуры, в третью — центральный вруб верхнего уступа, в четвертую — боковые части, и в последнюю — сухие шпуры. Таким образом, каждое продвижение на 7 футов по всему сечению тоннеля выполнялось с помощью сорока шпуров, взрываемых в пять приемов, на что расходовалось 277 фунтов динамита со средним дополнительным количеством 76 фунтов, что составляло в общей сложности 353 фунта. За исключением центрального вруба, где использовался 60%-ный динамит, все остальные шпуры заряжались 40%-ным динамитом.

Поперечное сечение.

Рис. 64. — Расположение шпуров в тоннеле Форт-Джордж.

Продольный разрез.

Рис. 65. — Продольный разрез разработки верхнего и нижнего уступов в тоннеле Форт-Джордж.

Увеличенная иллюстрация

Крепление.

Когда порода была такого характера, что представляла опасность и требовала постоянного деревянного крепления до установки каменной обделки, применялся следующий метод: сначала проходился верхний уступ глубиной около 10 футов и шириной от 10 до 12 футов на некотором расстоянии, от 100 до 500 футов, при этом опасная порода поддерживалась вертикальными или наклонными стойками из желтой сосны сечением 10 × 10 дюймов, а иногда деревянными рамами («стойки с верхняками»). Следующим процессом было расширение верхнего уступа на всю ширину 30 футов на длину около 20 футов, при этом по мере расширения под опасную породу устанавливались деревянные крепления. Выработка углублялась немного по бокам до 9,5 футов ниже проектной отметки свода (заданная линия выработки) или примерно на 11 футов ниже отметки свода, что было необходимо при использовании сегментного крепления, чтобы обеспечить установку «стенового бруса» (деревянного лежня) сечением 12 × 12 дюймов вдоль каждой стороны. Эти стеновые брусья, обычно длиной 20 футов, устанавливались на правильную отметку и выравнивались с помощью подкладок и клиньев. Как только стеновые брусья были установлены, начиналась работа по возведению сегментных деревянных рам, по одной раме за раз, начиная от стеновых брусьев и поддерживая дерево на подмостях до тех пор, пока не будет установлен замковый элемент, после чего рама расклинивалась до контакта с породой в каждом стыке и в других необходимых точках. Когда две или более рамы были установлены, поверх сегментных деревянных «рам» укладывалась затяжка из досок толщиной 2 дюйма и шириной от 6 до 10 дюймов, а пространство над креплением забутовывалось вручную мелким камнем. Иногда между креплением и породой оставалось достаточно места, чтобы выполнить всю забутовку после того, как полное количество рам, обычно шесть, было установлено на два стеновых бруса. Временные деревянные стойки и распорки убирались по мере установки сегментных деревянных рам.

Семь элементов, составлявших деревянную раму, были из желтой сосны, каждый сечением 10 × 10 дюймов, длиной 5 футов 2 дюйма по внутреннему очертанию и 5 футов 6 дюймов по внешнему. Рамы располагались на расстоянии от 3 до 5 футов друг от друга, но обычно через 3,5 фута, и соединялись между собой в каждом стыке сегментных элементов распорками сечением 6 × 8 дюймов, которые расклинивались против стыковых накладок.

Когда все элементы были установлены на комплекте стеновых брусьев (20 футов) и были завершены затяжка и забутовка, возобновлялась работа по выемке нижнего уступа, который был частично обурен по мере установки рам. Забой нижнего уступа, который был оставлен примерно в 4 футах от конца предыдущего комплекта стеновых брусьев, медленно продвигался вперед путем установки вертикальных стоек сечением 10 × 10 дюймов, которые проходили ниже подошвы под стеновыми брусьями. Эти стойки обычно располагались с тем же шагом, что и деревянные рамы выше, и непосредственно под ними.

Когда забой нижнего уступа приближался на 3 или 4 фута к переднему концу стенового бруса, начинался процесс расширения и крепления следующего 20-футового участка верхнего уступа. В некоторых местах порода, хотя и нуждавшаяся в постоянном креплении, была такой, что работы по выемке нижнего уступа и расширению верхнего уступа велись одновременно без увеличения опасности; но большая часть работ, когда требовалось крепление, выполнялась так, как было описано.

Рис. 66. — Схема расположения шпуров в верхнем и нижнем уступах тоннеля Галлицин.

Транспортировка.

— Разработанный материал грузился у подошвы нижнего уступа в вагонетки, которые перемещались мулами к порталу или шахте в зависимости от расположения по служебным путям с шириной колеи 36 дюймов. Наклонные пути на 159-й улице были спланированы от портала на 158-й улице до поверхности улицы. У этого портала вагонетки формировались в состав и доставлялись строительными локомотивами на отвал на 162-й улице и реке Норт-Ривер. У шахт на 168-й и 181-й улицах вагонетки поднимались на поверхность в клетях (лифтах). В первом случае они доставлялись на отвал на 165-й улице и реке Норт-Ривер мулами и самотеком; во втором случае — к различным отвалам гужевым транспортом. У обеих шахт были расположены камнедробилки, поэтому большую часть материала не нужно было везти на отвалы или даже поднимать на поверхность, так как значительное количество камня использовалось для забутовки над бетонным сводом. Материал из портала в Форт-Джордж доставлялся мулами непосредственно на близлежащий отвал.

Обделка.

— Весь тоннель был обделан бетоном, состоящим из пола толщиной 4 дюйма и вертикальных боковых стен толщиной 18 дюймов и высотой 25 футов, которые несли полуциркульный свод толщиной 18 дюймов, за исключением участков с деревянным креплением, где толщина была увеличена до 21 дюйма, а в некоторых местах до 24 и 27 дюймов. Пята свода находится на 6 футов 2 дюйма выше бетонного пола (5 футов 6 дюймов над уровнем головки рельса), следовательно, максимальный габарит над уровнем головки рельса составляет 18 футов. Боковые стены и свод были построены вплотную к породе на высоту 8 футов над пятой свода, а пространство выше этой точки между бетоном и породой было заполнено вручную мелким камнем. Бетон свода укладывался на деревянные кружала, возведенные для этой цели.

Метод разработки скальных тоннелей с верхним и нижним уступами не всегда выполняется в точности так, как описано, а применяется с небольшими изменениями. Существует большое разнообразие модификаций, но здесь приведены только две наиболее часто используемые в практических работах. Метод верхнего и нижнего уступов, проиллюстрированный на рис. 66, использовался, среди прочих, на тоннеле Галлицин вдоль Пенсильванской железной дороги на вершине Аллеганских гор недалеко от Алтуны, штат Пенсильвания, и совсем недавно в тоннелях, построенных той же компанией под Берген-Хилл, Нью-Джерси, для въезда в Нью-Йорк. Форма поперечного сечения этих тоннелей представляла собой полуциркульный свод на вертикальных боковых стенах. Разработка велась тремя последовательными проходами, а именно: верхний уступ, обозначенный цифрой 1 на рисунке, верхний нижний уступ 2 и нижний уступ 3. Верхний уступ высотой 7 футов и шириной 10 футов проходился вблизи замка свода, и порода удалялась с помощью центрального вруба и параллельных боковых шпуров, количество которых зависело от плотности породы. Часть № 2 разрабатывалась путем бурения шпуров с каждой стороны на разную глубину и под разными углами, чтобы достичь линии профиля, а также пяты свода проектируемого тоннеля. Центральная часть верхнего нижнего уступа разрабатывалась с помощью шпуров, пробуренных вертикально с пола верхнего уступа. Нижний уступ № 3, расположенный между пятой свода и подошвой тоннеля, удалялся с помощью пяти вертикальных шпуров, пробуренных с пола верхнего нижнего уступа. Три различные рабочие части находились на расстоянии почти 10 футов друг от друга. Взрывные работы проводились в порядке, обратном цифрам, указанным на схеме, а именно: сначала нижний уступ, а в последнюю очередь — верхний уступ.