«Тоннелестроение: Практическое руководство»

Гидравлические домкраты.

— Щит приводился в действие гидравлическим давлением. Машины были рассчитаны на максимальное давление 5000 фунтов и минимальное 2000 фунтов, при этом среднее рабочее давление составляло 3500 фунтов на кв. дюйм. Продвижение щита вперед осуществлялось с помощью 24 домкратов одностороннего действия диаметром 8 1/2 дюйма с ходом 38 дюймов. Каждый домкрат создавал давление почти 100 тонн, так что суммарное действие 24 домкратов было равно 2400 тоннам. Каждая выдвижная платформа приводилась в действие двумя домкратами одностороннего действия диаметром 3 1/2 дюйма с ходом 2 фута 9 дюймов. Домкраты крепились к задней стороне щита, а передние концы цилиндров — к передним концам выдвижных платформ, и поскольку цилиндры были подвижными и свободно скользящими, то и платформы тоже.

Эректор.

— Эректор, коробчатая рама, установленная на центральном валу, вращался в подшипниках, прикрепленных к щиту. Внутри этой рамы находился дифференциальный гидравлический плунжер диаметром 4 и 3 дюйма с ходом 48 дюймов. К головке плунжера были прикреплены два швеллера, которые скользили внутри коробчатой рамы и к выступающим концам которых был прикреплен захват. На противоположном конце коробчатой рамы был прикреплен противовес, который уравновешивает около 700 фунтов сегмента тоннеля при радиусе 11 футов. Эректор вращался двумя домкратами одностороннего действия, закрепленными горизонтально на задней части щита над осью эректора через двойные цепи и цепные колеса, которые были закреплены на валу эректора.

Шлюзы.

— Две перемычки, образующие заднее закрытие пневматических секций, были построены в каждом конце каждого тоннеля: одна непосредственно перед щитовой камерой, другая примерно в 1200 футах впереди первой. Стены были построены из портландцементного бетона толщиной 10 футов и были инъектированы портландцементом под давлением почти 100 фунтов на кв. дюйм, чтобы сделать их полностью воздухонепроницаемыми. В каждой стене было три шлюза: для людей, для материалов и аварийный. Каждый был оснащен ручными клапанами, предназначенными для управления с любого внешнего конца или изнутри. Полы людского и материального шлюзов находились на одном уровне с рабочей платформой тоннеля, примерно на 3 фута 6 дюймов выше обратного свода; пол аварийного шлюза находился примерно на 5 футов выше горизонтальной оси тоннеля. Шлюзы были изготовлены из стальных листов и профилей с железными фитингами, склепанными и сболченными вместе. Людской шлюз был длиной 11 футов с эллиптическим поперечным сечением, 6 футов вертикального диаметра и 5 футов горизонтального; материальный шлюз был длиной 25 футов с круглым поперечным сечением, диаметром 7 футов, а аварийный шлюз был длиной 20 футов с эллиптическим поперечным сечением, 4 фута вертикального и 3 фута горизонтального диаметров. Рис. 139 показывает вид шлюза, использованного в Пенсильванском тоннеле.

Разрез в вертикальной плоскости

Горизонтальный разрез

Рис. 139. — План и разрез первой перемычки в южной трубе Манхэттена.

Увеличенная иллюстрация

Разработка.

— При проходке этих тоннелей встречались почти все виды материалов, а именно: скальная порода, частично скальная и частично рыхлый грунт, песок и гравий, и, наконец, ил.

Скальная порода.

— Большая часть разработки скальной породы была выполнена до установки щитов, чтобы избежать перемещения породы через узкие отверстия дверей щита. По всему поперечному сечению щит перемещался на бетонной «колыбели», в которую были заделаны 2 или 3 стальных рельса. В местах, где разработка велась на полное сечение тоннеля, требовалось лишь подровнять выступающие углы скалы. Там, где была пройдена только нижняя выработка, разработка завершалась непосредственно перед щитом; бурение ниже уровня оси велось из самой выработки, а выше — с передних выдвижных платформ щита. Шпуры располагались близко друг к другу и бурились на небольшую глубину; использовались очень легкие заряды пороха, чтобы уменьшить вероятность слишком сильного сотрясения щита.

Смешанный забой.

— Когда скальная порода опускалась настолько, что забой тоннеля разрабатывался частично в скале и частично в рыхлом грунте, включался сжатый воздух, начиная с давления от 12 до 18 фунтов. Когда поверхность скалы была пройдена, мягкий забой сначала удерживался горизонтальными досками, раскрепленными от щита, пока щит не продвигался. Затем распорки вынимались, и после того, как щит продвигался, заменялись другими. По мере увеличения количества мягкого грунта в забое система крепления постепенно менялась на систему из 2-дюймовых досок обшивки. Они опирались на верхнюю часть щита и поддерживались вертикальными досками забоя, которые, в свою очередь, удерживались 6-дюймовыми на 6-дюймовыми валингами, раскрепленными через верхние двери к чугунной обделке и от выдвижных платформ щита.

Песок и гравий.

— Песок и гравий встречались только в Уихокене, где использовались два разных метода. Первый метод применялся, когда свод выработки проходил через песок. Он заключался в разработке грунта на 2 фута 6 дюймов впереди режущей кромки, при этом свод удерживался на месте продольными досками обшивки. Эти доски опирались на внешнюю сторону обшивки своим задним концом, а передним концом — на вертикальные доски забоя, раскрепленные от выдвижных платформ и через двери щита к поперечным брусьям в тоннеле.

Второй метод крепления использовался при наличии гравия в верхней части выработки. В таком случае разработка велась только на 1 фут 3 дюйма (половина шага) впереди режущей кромки, при этом свод поддерживался поперечными досками, удерживаемыми трубами, которые опирались на отверстия, оставленные в щите. После того как небольшой участок грунта был разработан, доска, поддерживаемая трубой, вставленной снизу и расклиненной к ней, устанавливалась против грунта. Эти доски обшивки держались ниже уровня козырька, так что при продвижении щита они оказывались внутри него; кроме того, они были раскреплены вертикальными стойками от выдвижной платформы. Верхняя часть забоя удерживалась продольными досками забоя, раскрепленными от выдвижной платформы вертикальными элементами. Нижняя часть забоя поддерживалась вертикальной забиркой, раскрепленной к тоннелю через нижние двери. Солома и глина использовались перед досками, чтобы предотвратить утечку воздуха, которая была очень большой, когда тоннель проходил через песок и гравий. Средняя скорость продвижения в этих материалах составляла 5,1 фута в день.

Ил.

— Когда встречался ил, щит вдавливался в грунт без какой-либо разработки вручную впереди диафрагмы. По мере продвижения щита ил продавливался через двери в тоннель. Вдавливание щита через ил приводило к поднятию дна реки, причем величина поднятия дна зависела от количества материала, поступающего в щит. Когда вносился весь объем выработки, поверхность дна не затрагивалась; когда вносилось около 50%, поверхность поднималась примерно на 3 фута; если щит двигался «вслепую», дно поднималось примерно на 7 футов. Когда щит двигался «вслепую», тоннель начинал подниматься примерно на 2 дюйма, а чугунная обделка деформировалась: вертикальный диаметр увеличивался, а горизонтальный уменьшался примерно на 1 1/4 дюйма. Однако было обнаружено, что тоннель не затрагивался, когда забиралась часть выработки, но если забиралась вся выработка или щит продвигался с открытыми дверями, тоннель опускался. Таким образом, было найдено мощное средство для управления щитом: если он шел высоко, его можно было опустить, увеличив количество забираемого грунта, если низко — уменьшив его.

Соединение щитов под рекой выполнялось следующим образом: когда два щита одного тоннеля, которые прокладывались с противоположных сторон реки, приближались друг к другу на 10 футов, их останавливали; между ними прокладывали 10-дюймовую трубу и через нее производили окончательную проверку осей и отметок. Затем один щит запускали со всеми закрытыми дверями, в то время как двери неподвижного щита открывались для приема грунта, вытесняемого движущимся щитом. Это продолжалось до тех пор, пока режущие кромки не сходились. Затем все двери в обоих щитах открывались, и щиты очищались от грунта. Режущие кромки снимались, и щиты снова сдвигались вместе, край обшивки к краю обшивки. По мере снятия секций режущих кромок пространство между краями обшивки закладывалось 3-дюймовым материалом. Когда было удалено все, кроме обшивки, внутри обшивок возводилась чугунная обделка; зазор в месте соединения заполнялся бетоном, а на кольцевом стыке использовались длинные болты от кольца к кольцу.

Обделка.

— Тоннели были облицованы чугунными кольцами круглого сечения сегментного болтового типа. В некоторых особых случаях вместо чугуна использовалась литая сталь. Кольца делались длиной 30 дюймов, с внутренним диаметром 21 фут 2 дюйма и внешним 23 фута. Кольца состояли из девяти равных сегментов длиной по 77 1/2 дюймов по внешней окружности каждый, за исключением двух сегментов, примыкающих к замковому, которые были равны другим сегментам с той разницей, что один торцевой стык не был радиальным, а был сформирован так, чтобы образовать отверстие шириной 12,25 дюйма снаружи и 12,60 дюйма внутри, которое закрывалось замковым сегментом. Каждый сегмент имел шесть болтов в кольцевом стыке, замковый — один, так что в одном кольцевом стыке было 67 болтов. Каждый из двенадцати продольных или радиальных стыков имел пять болтов, всего 127 болтов на кольцо. Кольцевые фланцы каждого элемента были усилены двумя поперечными ребрами или «перьями» на каждом фланце. Каждый сегмент был снабжен 1 1/2-дюймовым отверстием для нагнетания раствора, закрытым винтовой пробкой. Чтобы проходить кривые, будь то горизонтальные или вертикальные, или исправлять отклонения от оси или уклона, использовалось сужение (клиновидные кольца); под этим понимается размещение в тоннелях колец, которые были шире стандартных колец либо с одной стороны (горизонтальные клинья или вкладыши), либо сверху (понижающие), либо снизу (повышающие). Использовались клинья 1/2, 3/4 или даже 1 дюйм. Клиновидные кольца изготавливались путем отливки кольца с одним кольцевым фланцем гораздо толще обычного, а затем его механической обработки до нужного клина.

Нагнетание раствора.

— С внешней стороны тоннеля, уже облицованного чугунными кольцами, через отверстия, закрытые винтовыми пробками, нагнетался раствор под давлением 90 фунтов на кв. дюйм. Раствор состоял из 1 части портландцемента и 1 части песка по объему и нагнетался специально сконструированной машиной, так что он образовывал оболочку из цемента толщиной почти 3 дюйма вокруг внешней стороны чугунной обделки. Нагнетание начиналось с нижнего сегмента; цемент нагнетался до тех пор, пока не достигал отверстия выше, затем отверстие закрывалось пробкой, и нагнетание продолжалось из следующего отверстия и так далее, пока весь тоннель не был окончательно заключен в раствор, так как он заполнял каждую щель между внешней стороной обделки и разработанным грунтом. Чугунные кольца тоннеля были покрыты бетонной обделкой, которая укладывалась в следующем порядке: во-первых, на обратный свод; во-вторых, на кабельные полки; в-третьих, на свод; в-четвертых, на кабельные каналы; в-пятых, на лицевую сторону полки. Перед укладкой бетона поверхность чугуна очищалась скребками и проволочными щетками, а также промывалась водой. Обратный свод строился секциями длиной 30 футов, а кабельные полки возводились вскоре после этого. Эти полки строились с несколькими ступенями для укладки кабелей позже. Они строились с помощью передвижных подмостей на колесах, которые двигались по рельсам на рабочей платформе тоннеля. Свод строился вскоре после этого. Сначала часть от кабельных полок до пят, затем сам свод строился на передвижных кружалах на рельсах, уложенных на ступени кабельных полок. Бетон принимался в бадьях для выгрузки объемом 3/4 куб. ярда с платформ, на которых они подвозились; бадьи поднимались на уровень нижней платформы свода небольшим пневматическим подъемником Лиджервуда. На этом уровне бетон выгружался на передвижную вагонетку или подмости и перемещался в них к точке на опалубке, где он должен был быть уложен. Для нижней части свода бетон сбрасывался непосредственно в опалубку с этой передвижной части подмостей. Рис. 140 показывает поперечное сечение тоннеля с чугунной обделкой и бетоном.

Разрез в песке и гравии или скале

Разрез в иле реки Гудзон, с фундаментами

Рис. 140. — Типовые поперечные сечения одной трубы тоннеля Пенсильванской железной дороги под рекой Гудзон.

Увеличенная иллюстрация

Транспортировка.

— Внутри тоннеля была построена рабочая платформа, состоящая из 5-футовых секций, которая держалась близко к щиту. На этой платформе были уложены две линии промышленных железнодорожных путей со стрелками и разъездами у шлюзов, а также выработка для транспортировки материалов и породы. Эти линии сходились в один путь при прохождении через шлюзы. У шахтных подъемников они заканчивались полом из стальных листов, чтобы избежать стрелок. Между шлюзами перемычек была установлена электрическая кабельная система для транспортировки груженой породы вверх по уклону и для опорожнения платформ. От первой перемычки до шахты вагонетки тянулись вверх по уклону паровым тяговым двигателем. На манхэттенской стороне был один 10-сильный двигатель для каждого тоннеля, в то время как в Уихокене один 25-сильный двигатель обслуживал оба тоннеля. Каждая шахта содержала два лифта, приводимых в действие паровой подъемной машиной с двойным кабелем, реверсивным однобарабанным двигателем. Над шахтами была построена надшахтная рама, а на платформах над этой рамой были узкоколейные пути, идущие от лифтов к желобам для породы и к точкам, где сегменты обделки грузились на вагонетки. Лифты были устроены так, чтобы останавливаться как на уровне земли, так и на уровне надшахтной платформы. Подвижной состав на каждом из тоннелей состоял из 75 платформ для перемещения сегментов тоннеля и около 50 вагонеток для породы, каждая емкостью 1 1/4 куб. ярда.

Производственная площадка.

— Площадки, расположенные на каждом конце тоннеля рядом с шахтами, были почти идентичны. Каждая состояла из трех 500-сильных котлов Стирлинга, которые подавали пар под давлением 150 фунтов. Питательная вода подавалась тремя инжекторами «Метрополитен» 13 1/2 и двумя дуплексными насосами Блейка. Два поверхностных конденсатора Уортингтона, каждый с площадью конденсации 2250 кв. футов, обслуживали выхлоп от двигателей и компрессоров. Конденсационная вода перекачивалась из реки через 16-дюймовую трубу. Воздух высокого давления подавался дуплексным компрессором Ингерсолл-Сержант с паровой частью компаунд 14×26×30 дюймов и простыми цилиндрами с водяным охлаждением 13 1/4×36 дюймов. Его производительность при 100 об/мин составляла 1085 куб. футов свободного воздуха в минуту. Максимальное давление составляло 130 фунтов на кв. дюйм. Воздух для пневматических работ подавался тремя дуплексными компрессорами Ингерсолл-Сержант 14×26×30 дюймов. Максимальная производительность трех компрессоров составляла 12 000 куб. футов свободного воздуха в минуту при 125 об/мин и давлении нагнетания 50 фунтов на кв. дюйм. Всасываемый воздух забирался снаружи примерно на 10 футов выше крыши машинного отделения. Три охладителя 32 1/2 дюйма × 11 футов 4 дюйма, каждый из которых имел 809 кв. футов охлаждающей поверхности из луженых латунных трубок, охлаждали нагнетаемый воздух низкого давления до температуры в пределах 10° F от температуры охлаждающей воды. Из охладителей воздух поступал в три стальных ресивера, каждый 54 дюйма × 12 футов, расположенных снаружи машинного отделения и оснащенных взвешивающими предохранительными клапанами. Ресиверы были соединены с двумя 10-дюймовыми магистралями; одна обслуживала северный, другая — южный тоннель. Четвертый ресивер того же размера был построен для приема нагнетания компрессора высокого давления через 4-дюймовую трубу. Вода высокого давления, необходимая для щита, подавалась тремя насосами Блейка прямого действия, дуплексными, с внешними плунжерами. Паровая часть была 16×18 дюймов, водяная — 2 1/16×18 дюймов. При 55 об/мин, работая против давления 5000 фунтов на кв. дюйм, производительность каждого насоса составляла 57 галлонов в минуту. Два из них, по одному на каждый тоннель, были достаточны для работы щитов, а третий находился в резерве. Вода высокого давления подавалась к забою с помощью 2-дюймовой трубы двойной сверхпрочности, которая была проложена между машинным отделением и шахтой в траншее, чтобы предотвратить замерзание в холодную погоду. Электрический ток для освещения и питания подавался двумя генераторами постоянного тока G.E. мощностью 100 кВт, 250 вольт, напрямую соединенными с высокоскоростными двигателями Ball & Wood, работающими при 250 об/мин. Распределительный щит имел две панели машин, две панели распределения и одну панель с автоматическим выключателем для тяговой цепи.

Освещение.

— Тоннель освещался электричеством, было два ряда ламп: один в своде и один на южной осевой линии. Лампы были 16-свечевые, 240-вольтовые, двухпроводная система, и располагались с интервалом 35 футов в своде и 12 1/2 футов на осевой линии. Кроме того, в забое использовалось пять групп по 5 ламп в каждой. Свечи предоставлялись для прочих и экстренных нужд. Патроны для электрических ламп были установлены на деревянном отражателе, покрытом изнутри белой эмалевой краской.

ГЛАВА XXI. ПОДВОДНОЕ ТОННЕЛЕСТРОЕНИЕ (продолжение); ТОННЕЛИ НА ОЧЕНЬ МАЛОЙ ГЛУБИНЕ. МЕТОД КОФФЕРДАМА. МЕТОД ПНЕВМАТИЧЕСКОГО КЕССОНА. СОЕДИНЕНИЕ СЕКЦИЙ ТОННЕЛЕЙ, ПОСТРОЕННЫХ НА СУШЕ.

Тоннели на дне реки или на такой малой глубине, что между дном реки и сводом тоннеля остается лишь несколько футов материала, могут быть построены тремя различными способами, а именно: (1) с помощью коффердама; (2) с помощью пневматических кессонов; (3) путем опускания и соединения целых секций тоннелей, построенных на суше.

Метод коффердама. — Тоннель Ван-Бюрен-стрит, река Чикаго. —

Согласно методу коффердама, работы начинаются с одного из берегов, и тоннель строится секциями такой длины, чтобы не мешать течению воды или судоходству по реке. Вокруг всей внешней линии первой секции строится двухстенный коффердам, сильно раскрепленный поперечно, чтобы выдерживать давление воды. Когда вода откачивается, внутри первого строится одностенный коффердам, оставляя достаточное расстояние между ними для производства каменной кладки. Затем грунт удаляется внутри внутреннего коффердама, и тоннель строится от фундамента. Когда конец тоннеля достигает руслового конца коффердама, над концом готового тоннеля возводится ряжевая стена. Этот ряж, в свою очередь, образует торцевую стену другого коффердама, построенного в продолжение первого, чтобы позволить продолжить вторую секцию и в то же время облегчить удаление коффердамов первой секции. Работа продолжается непрерывно таким образом, пока не будет достигнут противоположный берег.

ТОННЕЛЬ ВАН-БЮРЕН-СТРИТ, ЧИКАГО.

Тоннель Ван-Бюрен-стрит, построенный для пропуска двухпутной уличной железной дороги под рекой Чикаго, был завершен в 1894 году методом коффердама. Особенностями тоннеля [14] являются: (1) необычно большие размеры поперечного сечения 30 футов на 15 футов 9 дюймов; (2) его строительство внутри коффердамов большой длины и ширины; (3) строительство под некоторыми очень высокими зданиями, требующее большой осторожности и очень прочных временных и постоянных опор.

[14] «Eng. News», 12 апреля 1892 г.

Особенностью работы для наших целей было строительство тоннеля через реку. Для этого от западного берега реки до ее середины был построен коффердам, и тоннель был построен внутри него, как и любое другое сооружение внутри коффердама. Поперечные и продольные разрезы этого коффердама показаны на рис. 141. Как видно, это был простой двухстенный коффердам с чистой шириной между стенами 58 футов, раскрепленный поперечно, как показано. Внутри него был построен одностенный коффердам из свай с чистой шириной, достаточной только для того, чтобы позволить возвести внутри него каменную кладку. Когда конец тоннеля достиг руслового конца коффердама, над концом готового тоннеля была построена ряжевая стена, как показано на чертежах. Эта ряжевая стена предназначалась для формирования торцевой стены другого коффердама, который был построен от восточного берега и внутри которого была построена оставшаяся половина тоннеля, как и первая половина. На чертежах показан характер каменной кладки тоннеля и кружал, на которых он был построен.

ПОПЕРЕЧНЫЙ РАЗРЕЗ КОФФЕРДАМА И ТОННЕЛЯ

РАЗРЕЗ, ПОКАЗЫВАЮЩИЙ МЕТОД СТРОИТЕЛЬСТВА РЯЖЕВОЙ ПЛОТИНЫ.

Рис. 141. — Разрезы коффердама, тоннель Ван-Бюрен-стрит, Чикаго.

Увеличенная иллюстрация

Тоннель Ван-Бюрен-стрит был последним из трех тоннелей под рекой Чикаго, построенных методом коффердама. Во время строительства тоннелей дно реки было глубиной 17 футов. В связи с улучшением гавани и реки федеральное правительство приказало углубить реку Чикаго, чтобы обеспечить глубину воды 26 футов. Это потребовало опускания свода тоннеля и разработки грунта для более глубокого пола, что было очень сложной операцией. Эта работа была описана в «Eng. News», сентябрь 1906 г.

МЕТОД ПНЕВМАТИЧЕСКОГО КЕССОНА. — ТОННЕЛЬ ПОД РЕКОЙ ГАРЛЕМ.

В начале семидесятых годов профессор Винклер предложил построить тоннель под рекой Дунай для соединения различных частей подземной железной дороги в Вене, Австрия, и использовать при строительстве кессоны. Профессор Винклер предложил строить кессоны длиной от 30 до 45 футов с шириной, зависящей от поперечных размеров, принятых для каменной кладки тоннеля. Кессон должен был быть изготовлен из металлических листов и уголкового железа с клепаными соединениями со всех сторон, кроме тех, что проходят вертикально поперек оси тоннеля, соединения которых должны были быть болтовыми. В середине свода должно было быть оставлено отверстие; это было для шахты со шлюзами, чтобы обеспечить проход людей, материалов и сжатого воздуха.

Через реку должны были быть забиты два параллельных ряда свай в дно реки, чтобы зафиксировать место, где должен быть опущен кессон. Затем первый кессон возле берега должен был быть опущен обычным способом, а второй кессон должен был быть немедленно опущен очень близко к первому. Когда оба кессона достигали плоскости пола тоннеля, стороны, которые находились в контакте, должны были быть отболчены и удалены, а небольшое пространство между ними сделано водонепроницаемым. Камеры двух кессонов должны были быть открыты в одну большую, сообщающуюся сверху с помощью двух шахт. В то же время, когда каменная кладка строилась в первых двух кессонах, начиная от обратного свода вверх, должен был быть опущен третий кессон; и когда в результате разработки он достигал плоскости проектного пола тоннеля, перегородки должны были быть удалены, чтобы три кессона сообщались, образуя большой единый кессон. Затем внешняя перегородка первого кессона должна была быть удалена, а каменная кладка подводного тоннеля соединена с частью тоннеля, построенной на суше. Подобным образом должны были быть опущены все кессоны; и когда последний был установлен, а каменная обделка построена и соединена с частью тоннеля, построенной на другом берегу реки, перегородки должны были быть снесены, а подводный тоннель полностью построен и открыт для движения.

Тоннель под рекой Гарлем.

—Метод пневматических кессонов применялся при строительстве тоннеля под рекой Гарлем для Нью-Йоркской железной дороги скоростного транспорта. Сам тоннель состоял из двух параллельных труб, склепанных друг с другом и окруженных бетонной оболочкой, как показано на рис. 121, стр. 216. Тоннель был построен в три этапа: первый — от берега Манхэттена в сторону середины реки; второй — от берега Бронкса в сторону середины реки; и последний — секция, соединяющая две предыдущие и завершающая тоннель.

Каждая секция строилась внутри специально возведенной рабочей камеры, состоящей из деревянных боковых стенок, образующих деревянный кессон, сконструированный таким образом, чтобы можно было использовать сжатый воздух. Эта рабочая камера г-на Макбина обладала некоторыми новыми особенностями, поскольку кессон строился не на суше, а под водой.

При строительстве тоннеля река Гарлем была углублена до определенной отметки, чтобы оставалось лишь 6–8 футов выемки грунта до достижения проектной отметки подошвы сооружения. На сваях, расположенных на расстоянии 10 футов друг от друга вдоль оси, были построены две рабочие платформы; сваи были обрезаны выше уровня среднего прилива, укреплены обычным способом и покрыты толстыми досками, служившими настилом платформы. На этой платформе были уложены рельсы для поездов, используемых при транспортировке материалов. Эти платформы также использовались для поддержания точного положения кессонов.

В пределах платформ и вдоль углубленного русла были забиты четыре продольных ряда свай. Эти сваи были точно выверены по линии с помощью балок, скрепленных болтами и уложенных поперек и выше уровня воды. Также было добавлено несколько балок для поперечного крепления свай, после чего их обрезали под водой и установили оголовки.

Рис. 142. — Рабочие платформы и сваи, забитые в углубленном русле.

На рис. 142 показано, как были сконструированы рабочие платформы, а также ряды свай, забитых в углубленном русле. Между сваями была установлена очень прочная рама, состоящая из схваток и двух поперечных балок сечением 14 на 14 дюймов каждая, расположенных одна под другой на расстоянии 5 футов 8 дюймов и надежно скрепленных между собой. На каждой стороне рамы были закреплены направляющие балки для шпунтовых свай. Рамы строились секциями разной длины и устанавливались непосредственно над оголовками свайных рядов, забитых в углубленном русле.

Продольные стороны кессона возводились путем забивки двух рядов шпунтовых свай, каждый ряд вплотную к рабочей платформе. Шпунтовые сваи были изготовлены из брусьев желтой сосны сечением 12 на 12 дюймов; три сваи, скрепленные болтами, образовывали секцию шириной 3 фута. Каждая секция имела паз и гребень для плотного соединения с соседними секциями при забивке. Нижние концы свай были заострены клинообразно, чтобы оказывать меньшее сопротивление при проникновении в грунт. Затем шпунтовые сваи обрезались под водой, что успешно выполнялось с помощью циркулярной пилы, приводимой в действие копром. Шпунтовое ограждение также было продолжено между двумя платформами для создания перемычки, и таким образом были возведены четыре стороны кессона. Особое внимание всегда уделялось выравниванию шпунтовых свай, которое достигалось путем направления свай с помощью продольно уложенных брусьев: один — ниже уровня воды в соединении с рамами, расположенными между свайными рядами, а второй — вдоль внутреннего края рабочей платформы, как показано на рис. 143.

Рис. 143. — Шпунтовые сваи для сторон кессона и ферменная балка для крыши.

Кессон был завершен установкой крыши, покрывающей боковые стороны. Эта крыша толщиной 40 дюймов состояла из трех слоев 12-дюймовых балок, уложенных поперек оси кессона, между которыми были проложены вдоль и скреплены болтами 2-дюймовые доски, образуя прочную и жесткую конструкцию. Крыша строилась на берегу секциями длиной от 39 до 130 футов. Края крыши идеально прилегали к сторонам кессона; после того как каждая секция доставлялась на место, ее опускали и закрепляли. Под крышей были размещены шесть продольных балок сечением 12 на 14 дюймов, называемых «рейнджерами», которые опирались на оголовки свайных рядов, уложенных поперек пространства будущего тоннеля; крайние рейнджеры использовались для прилегания к шпунтовым сваям кессона, чтобы обеспечить его водонепроницаемость. Два крайних рейнджера были снабжены тавровыми профилями: плоская сторона укладывалась на шпунтовые сваи, а ребро проникало в рейнджер под весом нагрузки, лежащей на крыше, для погружения ее до требуемой отметки. Затем на крышу насыпали грунт, и таким образом была подготовлена большая рабочая камера, как показано на рис. 144.

Рис. 144. — Кессон с рабочей камерой.

Рабочая камера, построенная на стороне Манхэттена реки Гарлем, имела длину 216 футов и была снабжена двумя прямоугольными шахтами размером 7 на 17 футов, которые были сделаны водонепроницаемыми и возвышались над уровнем высокого прилива реки. Внутри этих шахт были размещены шлюзы тоннельных труб, чтобы работы можно было вести с использованием сжатого воздуха. Давление воздуха использовалось для вытеснения воды и было достаточно высоким, чтобы уравновесить столб воды, равный глубине самой нижней точки крыши кессона.

После возведения рабочей камеры началось строительство самого тоннеля путем выемки грунта до требуемого уровня; затем был уложен бетон. Именно в этот момент, когда большая часть крыши была построена и поддерживалась только шпунтовыми сваями боковых сторон кессона, автор этой статьи опасался, что этот новый метод тоннелестроения окажется неудачным. Стремление древесины к всплытию, усиленное давлением воздуха внутри кессона, компенсировалось только весом грунта, насыпанного на крышу, и трением грунта о нижние концы шпунтовых свай. Это трение было незначительным, так как грунт был рыхлым, поэтому считалось довольно рискованным и опасным полагаться на столь малую величину. Эти опасения, к сожалению, оправдались в двух случаях, когда при обрезке части свайных рядов некоторые шпунтовые сваи сместились, и вода затопила всю камеру, но, к счастью, без человеческих жертв. Поскольку камера имела большие размеры, у рабочих было достаточно времени, чтобы спастись. Следует отметить, что во время этих неприятностей сместились лишь несколько шпунтовых свай, в то время как сам кессон оказал прочное и успешное сопротивление благодаря сильному поперечному креплению. Таким образом, аварии ограничились несколькими сваями, а не затронули весь кессон. В первом случае ремонт был выполнен путем забивки свай на большую глубину, вплоть до скальной породы. После этого воду откачали и работы возобновили. При устранении второй аварии шпунтовые сваи были забиты до коренной породы, а окружающий грунт укреплен цементом, нагнетаемым через рыхлый грунт вокруг свай. Это средство оказалось эффективным, и в дальнейшем проблем, задерживающих работы на стороне Манхэттена реки Гарлем, не возникало.

Рис. 145. — Тоннель, построенный внутри кессона.

На бетонное основание тоннеля были уложены сегменты металлической обделки и окружены бетоном в соответствии с планами и спецификациями (рис. 145). Подрядчики планировали отсоединить крышу от креплений, удалить с помощью земснарядов грунт, насыпанный на нее, и таким образом заставить крышу всплыть, после чего ее должны были отбуксировать к двум рабочим платформам, уже возведенным на стороне Бронкса. Но г-н Макбин разработал более простой и экономичный, но в то же время более опасный способ строительства этой второй секции тоннеля. Он предположил, что верхняя половина самого тоннеля может быть использована вместо деревянной крыши, тем самым уменьшая объем рабочей камеры и ограничивая использование сжатого воздуха. Таким образом, он избавился от необходимости удаления древесины, а также грунта, насыпанного на крышу.

При строительстве этой секции в Бронксе вдоль линии тоннеля был вырыт канал на глубину 5 футов от проектного основания тоннеля. Рабочие платформы были построены по обе стороны этого канала, очень похожие на те, что были возведены для другой половины тоннеля; между ними были забиты свайные ряды, увенчанные балками сечением 12 на 12 дюймов. Поверх оголовков были продольно уложены рейнджеры, которые также опирались на стороны деревянного рабочего кессона (рис. 146). Шпунтовые сваи были обрезаны по уровню, но гораздо ниже, чем в первой половине тоннеля.

Крыша была построена на понтонах, изготовленных из 12-дюймовых брусьев, уложенных поперек с шагом 4 фута и поддерживающих настил из 3-дюймовых досок, сделанный водонепроницаемым. Стороны понтонов были выполнены из вертикальных стоек сечением 4 на 6 дюймов и досок сечением 3 на 12 дюймов, тщательно проконопаченных. На основании понтона был построен временный настил, состоящий из поперечных балок сечением 16 на 16 дюймов, расположенных с шагом 8 футов. Центральный брус сечением 10 на 16 дюймов был уложен в соответствии с осью тоннеля; по обе стороны от него были уложены параллельные балки сечением 16 на 16 дюймов, соответствующие каждому центру круглой металлической обделки тоннеля; продольные и поперечные балки были надежно скреплены болтами. Временный настил был завершен зашивкой досками пространств, оставшихся между различными балками.

Рис. 146. — Стороны кессона и опоры для крыши.

На этом понтоне была построена верхняя половина тоннеля путем монтажа сегментов металлической обделки, которые были надежно закреплены, чтобы предотвратить осадку или деформацию; затем был уложен бетон в виде большого фланца с вертикальными подвесными стержнями, по четыре на каждый брус. Кольца тоннеля имели ширину 6 футов каждое, вес каждой обделки составлял 41 000 фунтов, бетонное покрытие — 618 кубических футов. Вторая часть тоннеля имела длину 300 футов, а крыша была построена из трех секций — двух по 90 футов каждая и третьей длиной 84 фута. Каждая из этих секций чередовалась с меньшей секцией длиной 12 футов, снабженной шлюзами. Самая короткая из трех секций была установлена первой и построена рядом со стороной Бронкса реки Гарлем. Для этой цели два крайних конца секции были закрыты стальными пластинами, образующими диафрагмы, установленные на 6 футов внутрь, таким образом, оставляя одно кольцо выступающим с каждого конца. В верхней части этих выступающих колец были оставлены отверстия для доступа водолазов. Внешняя часть верхней половины секции постоянного тоннеля была заполнена водой до тех пор, пока она не была опущена в проектное положение. Ее направляли с помощью талей, прикрепленных к вертикальным рым-болтам, которые были надежно закреплены на фланцах линии пяты свода и приболчены к балкам временного настила. Таким образом, крыша была отбуксирована на место и опущена с помощью каменного балласта, пока она не легла на оголовки и рамы свайных опор, при этом стороны крыши оставались прямо поверх шпунтовых свай, образующих стороны кессона, как показано на рис. 147. Идеальное выравнивание было достигнуто с помощью проволок, натянутых на каждом конце и вдоль стороны крыши, соответствующих точкам, зафиксированным на рабочих платформах и визированным с помощью теодолитов. Была достигнута такая точность, что окружные фланцы внешнего 6-футового кольца вошли в контакт с фланцами уже построенной 12-футовой секции. Затем водолаз вошел через отверстие, оставленное в выступающем кольце, и приболтил эту секцию крыши к предыдущей. После удаления железной диафрагмы последовательные секции были объединены в одну. Когда водолаз закончил свою работу, отверстие было закрыто, и сжатый воздух использовался для удержания воды вне короба, образованного между крышей и временным настилом.

Рис. 147. — Крыша кессона, образованная верхней половиной тоннеля.

Оставшиеся секции крыши тоннеля были построены таким же образом, пока последняя не уперлась в часть сооружения, построенную внутри кессона под высокой деревянной крышей на стороне Манхэттена. Для соединения нескольких частей тоннеля, построенных разными методами, был принят следующий способ. Диафрагма на конце последней секции крыши тоннеля была сконструирована так, чтобы примыкать к последним окружным фланцам железной обделки, не оставляя выступающего кольца. Она была продолжена выше металлической и бетонной обделки крыши в прямоугольной форме, той же высоты и ширины, что и деревянная перемычка рабочей камеры на стороне Манхэттена. Диафрагма была изготовлена из склепанных пластин и уголков с отверстием 20 на 30 дюймов, приболченным так, чтобы его можно было снять по желанию. Диафрагма была той же высоты, что и крыша, и соединялась с плитой крыши с рейнджерами, поддерживающими толстую деревянную крышу. Другие стальные пластины, расположенные вертикально, были приклепаны к диафрагме и приболчены к кессону. Вся эта работа выполнялась водолазами. Деревянная перемычка была обрезана до линии пяты свода; между двумя частями тоннеля, построенными разными методами, была установлена перемычка из стальных пластин длиной 14 дюймов, которая предотвращала попадание воды в рабочую камеру.

Рис. 148. — Тоннель, завершенный путем строительства нижней половины внутри кессона.

Когда различные секции были соединены вместе, а все отверстия закрыты и сделаны водонепроницаемыми, на крышу был залит цементный раствор, и был насыпан грунт на высоту 5 футов. 300 футов крыши, опирающейся на шпунтовые сваи и снабженной диафрагмами на крайних концах, образовали водонепроницаемую рабочую камеру, или кессон, сообщающийся с внешней средой с помощью шахт и шлюзов. Нижняя часть тоннеля была построена под давлением воздуха. Свайные ряды были сначала обрезаны по плоскости подошвы тоннеля, после чего был уложен бетонный фундамент. Затем были установлены нижние сегменты железной обделки, и конструкция была сделана непрерывной путем возведения боковых стен из бетона (рис. 148). При строительстве второй части тоннеля аварий не происходило.

Тоннель под рекой Гарлем был завершен в контрактные сроки, хотя открытие метрополитена было задержано из-за трудностей, возникших при проходке тоннеля через скальные породы в районе Бронкс. Автор пытался получить информацию о расходах на погонный фут, но все его усилия были вознаграждены лишь общим заверением, что этот метод оказался самым дешевым.

ПОГРУЖЕНИЕ И СОЕДИНЕНИЕ СЕКЦИЙ ТОННЕЛЕЙ, ПОСТРОЕННЫХ НА СУШЕ. СЕНА. ТОННЕЛИ ПОД РЕКОЙ ДЕТРОЙТ.

В 1896 году г-н Эраст Уайман получил патент на строительство подводных тоннелей вблизи реки путем погружения и соединения небольших секций тоннелей, предварительно построенных на суше. Каждая секция должна была быть снабжена длинной вертикальной трубой для шлюза, когда требовалось подавать сжатый воздух для вытеснения воды и обеспечения строительства обделки внутри погруженной оболочки. Таким образом, каждая секция тоннеля действовала бы как пневматический кессон; однако это было улучшением предложения профессора Винклера, поскольку кессон являлся частью самого тоннеля, а не просто ограждением для облегчения строительства щита. Г-н Уайман предложил использовать этот метод при строительстве тоннеля между Южным Бруклином и Стэплтоном, Статен-Айленд; ему была предоставлена концессия, но тоннель так и не был построен.

Тоннель под рекой Сена.

—Кессонный метод строительства тоннелей под водой использовался в Париже, Франция, при строительстве Метрополитена под рекой Сена.

Кессоны, спроектированные г-ном Л. Шаньо, предназначались для двухпутной линии. Они погружались встык и образовывали часть обделки тоннеля, которая была заключена в металлический каркас, залитый бетоном. Сборные рамы несли оболочку из стальных листов по бокам, от пяты до линии свода, а также по бокам и крыше рабочей камеры. Временная листовая диафрагма закрывала открытые концы. Эта конструкция представляла собой судно, способное держаться на воде с очень малой осадкой.

Метод погружения кессонов был следующим: кессон собирался на берегу реки, а по завершении спускался на воду и буксировался на место между свайными подмостями, которые служили двойной цели: направлять спуск в начале погружения и образовывать рабочую платформу. Кессон после спуска на воду и, следовательно, до того, как внутри него была установлена чугунная обделка, весил 280 метрических тонн; но, за исключением некоторых трудностей при прохождении под мостами на пути, буксировка была выполнена без серьезных проблем.

Рис. 149. — Поперечное сечение кессонов для тоннеля под рекой Сена.

Перед установкой кессона в положение между подмостями участок русла реки, на который он должен был опираться, был выровнен путем дноуглубительных работ. После установки на место первой работой была сборка сегментов чугунной обделки внутри каркаса. Затем начали заполнение кольцевого пространства между обделкой и оболочкой бетоном; этот дополнительный вес постепенно погрузил кессон на дно реки. Рабочие шахты, состоящие из стальных цилиндров, устанавливались по мере продвижения погружения до этой отметки.

Сечение A-B.

Сечение C-D.

План на стыке.

Рис. 150. — Соединение кессонов в тоннеле Пон-Мирабо под рекой Сена.

После того как кессоны были погружены в требуемое место и в продолжение друг друга, между ними оставалось пространство почти в 5 футов. Строительство тоннеля внутри земляной перемычки, разделяющей два кессона, было следующим: вокруг этого пространства был построен коффердам. Он был образован двумя диафрагмами, закрывающими концы тоннеля, и двумя продольными стенами, погруженными как временные кессоны, по одной с каждой стороны тоннеля и охватывающими их концы. Этот коффердам был накрыт металлической рабочей камерой, нижние края которой опирались на верх четырех стен коффердама. Стыки были уплотнены с помощью резины или набитой глины. Затем вода в коффердаме была откачана, грунт вынут, а каменная кладка возведена в продолжение двух концов секций тоннеля. Затопленные секции тоннеля, которые оставались заполненными водой для придания им большей устойчивости и экономии усилий при откачке, теперь были осушены; диафрагмы были удалены с концов кессонных тоннелей, и работа была сделана непрерывной. Рис. 149 показывает поперечное сечение кессонов.

На переходе Пон-Мирабо через Сену использовался несколько иной метод, описанный в «Eng. News» от 18 мая 1911 года. Кессоны были погружены до требуемой линии и отметки с промежуточным продольным пространством в 15 3/4 дюйма между двумя соседними кессонами. На каждом конце этого пространства, которое было заполнено речным мергелем, был погружен против краев кессонов полый цилиндр с наружным диаметром 20 дюймов. Внутренняя часть этих цилиндров была вырыта и заполнена бетоном, таким образом образуя непрерывную стену с обеих сторон двух соседних кессонов. Затем грунт из промежуточного пространства был удален, и бетон был уложен с помощью труб-треми от нижнего отверстия до уровня верха кессона. Почти через месяц в тоннель вошли из шахты, прорезали отверстие по форме и размеру сечения тоннеля через диафрагмы 15 3/4-дюймовой стены, и бетонная обделка тоннеля была сделана непрерывной между двумя секциями. Рис. 150 показывает метод соединения кессонов.

Тоннель под рекой Детройт.

[15] — С некоторыми модификациями, позволившими обойтись без сжатого воздуха, тоннель под рекой Детройт был построен для Мичиганской центральной железной дороги, соединяющей Детройт с Виндзором, Канада. Тоннель имеет длину 6625 футов; из них, однако, только 2625 футов находятся под рекой, в то время как подход на американской стороне имеет длину 2000 футов, а на канадской — 4000 футов. Тоннель состоит из двух параллельных круглых труб диаметром 23 фута, построенных из 3/8-дюймового стального листа. Они расположены на расстоянии 26 футов друг от друга по центрам и соединены диафрагмами с интервалом 12 футов.

[15] Сокращено по статье Б. Х. Райдера.

Каждая секция подводного тоннеля имеет длину примерно 262 фута. Всего таких секций десять, и одиннадцатая — чуть более 60 футов длиной. Эти трубы были построены на верфях Great Lakes Engineering Works в Сент-Клэр, примерно в 30 милях от Детройта. После завершения сборки концы каждой трубы были закрыты временными деревянными перемычками, чтобы они держались на воде, а снаружи обшиты горизонтально тяжелыми брусьями, приболченными к диафрагмам. Эта обшивка, идущая вдоль трубы, образовала форму или карман, в который был помещен охватывающий бетонный кожух. Затем секции были спущены на воду, отбуксированы к месту строительства тоннеля и погружены по отдельности в траншею на дне реки, которая была предварительно вырыта для их приема. Эта траншея была вырыта шириной 50 футов и глубиной от 25 до 50 футов с помощью грейферов, подвешенных к барже, работающих на глубине ниже уровня воды от 60 до 90 футов.

В качестве фундамента для секций на поверхности была сконструирована решетка, которая была погружена на место в траншею с помощью деррик-кранов, установленных на барже. Решетка была помещена под каждый стык между секциями и построена из двутавровых балок, залитых бетоном. Эта решетка имеет ширину траншеи и длину около 30 футов, со стойками, выступающими вниз из четырех углов, и они были установлены на дно реки с помощью копров до проектной отметки.

Затем одиннадцать секций тоннеля были опущены и соединены по одной. С помощью воздушных танков, размещенных на каждой секции, движение контролировалось до окончательного погружения на решетку в траншее. Эта операция потребовала величайшего инженерного мастерства и изобретательности. Если учесть, что скорость течения на дне реки составляет около 2 футов в секунду, а на поверхности значительно выше, можно получить некоторое представление о проблемах, которые необходимо было преодолеть. Движение огромных секций должно было находиться под абсолютным контролем. 35-тонные бетонные блоки были погружены на дно реки выше и ниже по течению, чтобы служить якорями, через них были пропущены тросы, соединенные с подъемными лебедками на баржах с деррик-кранами. Они удерживались от перемещения с помощью свай-опор на каждом углу, надежно забитых в дно реки на глубину иногда до 90 футов. Управляющие тросы также были проложены от секций к барже с трубами-треми, чтобы подтянуть одну конструкцию вплотную к соседней, ранее погруженной секции, и водолазы выполняли необходимое соединение. Рис. 151 показывает поперечные сечения и планы тоннеля, как они приведены в «Eng. Record» от 2 марта 1907 года.

ПОЛОВИНА ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ Y-Y

ПОЛОВИНА ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ Z-Z

Увеличенная иллюстрация

ПОЛОВИНА ГОРИЗОНТАЛЬНОГО СЕЧЕНИЯ X-X

ПОЛОВИНА ВИДА СВЕРХУ

Рис. 151. — Поперечные сечения и планы тоннеля под рекой Детройт.

Увеличенная иллюстрация

Стальные мачты были предварительно прикреплены к каждому концу секций, чтобы инженеры на берегу могли определять выравнивание и находить точное положение во время погружения.

Затем в карманы был залит бетон, полностью окружающий трубы, образуя сплошную монолитную конструкцию от конца до конца.

Это было сделано с помощью процесса треми.

Баржа размером 32 на 160 футов была оборудована установкой для смешивания бетона и тремя трубами-треми, через которые подавался бетон. Каждая труба имеет диаметр 12 дюймов, изготовлена из спирально-клепаной стали и имеет длину 80 футов. Эти трубы можно было поднимать или опускать, достигая от приемных бункеров на барже до дна траншеи. Когда трубы заполнялись бетоном и опускались в рабочее положение, поддерживался непрерывный поток. По мере того как бетон выходил из нижнего конца трубы, он пополнялся сверху; этот процесс продолжался до тех пор, пока все пространство вокруг секции не было заполнено до желаемого уровня, под давлением, создаваемым не только глубиной воды, под которой она была погружена, но и весом длинного столба бетона, содержащегося в трубах. Интересно отметить, что это первый случай, когда большое количество бетона было уложено на глубине 70 футов этим методом, и от выполнения этой задачи в некоторой степени зависело успешное строительство тоннеля.

Внутри труб была размещена обделка из железобетона толщиной 20 дюймов. Боковые стены были построены от этого кольца для создания каналов, в которых проложены электрические кабели для распределения энергии, освещения, сигнальных и телеграфных проводов. Они также служат для обеспечения пешеходной дорожки вдоль стороны тоннеля.

В тоннеле каждые 200 футов имеются поперечные проходы, а также различные ниши для оборудования, необходимого в связи с системой сигнализации, телефонии и пожарной сигнализации. Тоннель освещается 800 лампами накаливания мощностью 16 свечей.

Конструкция пути новая. Балласт не используется, шпалы уложены в бетон. Канава в центре каждого пути отводит дождевую воду, которая стекает с вершин к приямкам, осушаемым центробежными насосами.

Одной из примечательных особенностей его строительства является то, что сжатый воздух не использовался при строительстве подводного тоннеля, но он был необходим при строительстве подходных тоннелей. Это противоречит обычной программе, где сжатый воздух требуется при подводных работах и обычно не используется при строительстве подходных или наземных тоннелей.

Поезда обслуживаются очень тяжелыми электровозами, работающими по системе третьего рельса.

Тоннель был построен под руководством У. С. Киннира, главного инженера Detroit River Tunnel Co.; генеральными подрядчиками были Butler Bros. из Нью-Йорка.

ГЛАВА XXII. АВАРИИ И РЕМОНТ В ТОННЕЛЯХ ВО ВРЕМЯ И ПОСЛЕ СТРОИТЕЛЬСТВА.

При проходке тоннелей часто случается, что нарушение равновесия окружающего материала в результате выемки грунта развивает силы такой интенсивности, что крепление или обделка разрушаются, а тоннель уничтожается. Чтобы теоретически идеально предусмотреть аварии такого рода, инженеру потребовалось бы точное знание характера, направления и интенсивности развивающихся сил, а это практически невозможно, поскольку все эти факторы различаются в зависимости от природы и структуры прорезаемого материала. Поэтому лучшее, что можно сделать, — это определить общий характер и структуру прорезаемого материала, насколько это практически возможно, с помощью бурения и геологических изысканий, а затем использовать крепление и кладку таких размеров и характера, которые успешно выдерживали давления, развивавшиеся в предыдущих тоннелях, пройденных в аналогичном материале. Если, несмотря на эти меры предосторожности, происходят аварии, инженер вынужден разрабатывать методы их сдерживания и ремонта, и цель этой главы — кратко указать наиболее распространенные виды аварий, их причины и обычные методы их ремонта.

Аварии во время строительства.

—Аварии могут случаться как во время, так и после строительства, но чаще всего они происходят именно во время строительства, когда равновесие окружающего материала нарушается впервые и когда единственной опорой для развивающихся давлений является деревянное крепление.

Причины обрушения.

—Обрушение в тоннелях может быть вызвано: (1) весом грунта над головой, который остается без поддержки из-за выемки; (2) дефектным или недостаточным креплением; и (3) дефектной или слабой кладкой.

(1) На опасность обрушения кровли выработки влияют несколько условий. Одно из них — принятый метод проходки. Очевидно, что чем больше объем удаляемого поддерживающего грунта, тем больше будет тенденция кровли к обрушению и тем интенсивнее будут давления, которые должно будет выдержать крепление. Таким образом, английский и австрийский методы тоннелестроения, при которых полное сечение вынимается до установки какой-либо обделки и где, как следствие, крепление должно выдерживать все давления, представляют большую вероятность обрушения кровли, чем любой из других распространенных методов.

Характер и структура прорезаемого материала также влияют на опасность обрушения. Рыхлый грунт с малым сцеплением, конечно, более склонен к обрушению, чем более устойчивый. Скальные породы, где пласты горизонтальны или которые трещиноваты и раздроблены, более склонны к разрушению под давлением кровли, чем породы с вертикальными пластами и однородной структурой. Мягкий грунт, содержащий валуны, вес которых создает локальные напряжения в креплении кровли, вероятно, более опасен, чем однородный. Фактором, который значительно увеличивает опасность обрушения, особенно в мягких грунтах, является наличие воды. Этот элемент часто превращает грунт, который сравнительно устойчив в сухом состоянии, в крайне неустойчивый и коварный. Склонность материала к разрушению под воздействием атмосферных влияний и различные другие условия, которые придут на ум читателю, могут повлиять на его устойчивость до опасной степени и привести к обрушению.

(2) Обрушение часто является результатом использования дефектного или недостаточного крепления. Конечно, в некотором смысле любое крепление, которое разрушается под развивающимися давлениями, какими бы огромными они ни были, можно назвать недостаточным, но здесь этот термин означает крепление с недостаточным коэффициентом запаса прочности для удовлетворения вероятных увеличений или изменений давления. Недостаточное крепление может быть связано с использованием слишком легких брусьев, слишком большим шагом установки брусьев кровли, просадкой фундаментов, недостаточной площадью опирания в стыках и т. д. Обрушение часто вызывается преждевременным удалением крепления во время возведения кладки. Каменщики, чтобы обеспечить больше свободного места для работы, очень склонны, если за ними не следить, удалять слишком много брусьев и серьезно ослаблять крепление.

(3) Третьей причиной обрушения является плохо выполненная кладка. Плохая кладка может быть связана с использованием дефектного камня или кирпича, малой толщиной обделки, плохим раствором, слабыми кружалами, которые позволяют своду деформироваться во время строительства, плохой перевязкой камня или кирпича, преждевременным удалением кружал, заделкой некоторых брусьев кровли внутрь нее и т. д.

Предотвращение обрушения.

—Тоннели очень редко обрушаются, не давая предварительного предупреждения о возможном разрушении, а также о том, каким образом это разрушение, вероятно, произойдет. По этим признакам инженер часто может предвидеть характер опасности и принять меры к ее устранению. Опасность может возникнуть как во время проходки, так и после возведения обделки. Во время проходки опасность обрушения заранее указывается частичным раздавливанием или прогибом брусьев крепления. Если брусья слишком легкие или площади опирания слишком малы, происходит раздавливание там, где давления наибольшие, и брусья изгибаются, лопаются или трескаются в одних местах, а стыки открываются в других. Средство в таких случаях — вставка дополнительных брусьев для усиления слабых мест, или может потребоваться строительство двойного крепления по всей длине. Когда расстояние, перекрываемое брусьями кровли, слишком велико, разрушение обычно указывается чрезмерным прогибом этих брусьев, и это часто можно исправить путем вставки промежуточных стоек или подпорок. В некотором отношении лучшее средство при любых таких условиях — как можно скорее возвести кладку.

Когда обрушение может произойти после завершения кладки, его вероятность обычно указывается растрескиванием и деформацией обделки. Изучение причины вполне вероятно покажет, что именно просачивание воды через материал, окружающий обделку, вызывает полости за обделкой в одних местах и увеличение давления в других. Когда точно известно, что эта вода поступает из поверхностных ручьев выше, эти ручьи часто можно отвести или их русла выложить бетоном, чтобы предотвратить дальнейшее просачивание. Когда просачивающаяся вода не является причиной неприятностей, обычно эффективным средством является проходка шахты над слабым местом и засыпка ее материалом более устойчивого характера. Эти и ранее предложенные средства предназначены для предотвращения разрушения без прибегания к реконструкции. Когда они или подобные средства оказываются недостаточными, приходится прибегать к реконструкции или ремонту.

Ремонт разрушений.

—Тоннели могут обрушаться несколькими способами: (1) передняя часть и бока выработки могут обвалиться; (2) пол или дно могут выпятиться или просесть; (3) кровля может обвалиться; (4) материал над входами может сползти и засыпать их.