778

•оранжевая красавица — 576-метровая балка жесткости ми- нимальнойвысоты(3,6м—1/160длины)светровымиобтекате- лями, напоминающими космические корабли;

•пилоны как две оранжевые стрелы, дерзко вознесенные на 149-метровую высоту, с ажурной сетью поперечных связей и постоянной шириной стоек по фасадумоста (тоже 3,6 м — 1/42 высоты);

•почти невидимая «паутина»вант, собранных на анкерной опоре почти в пучок и соединяющихпилон сбалкой жесткости под разными углами (от20до70°), да еще правильно подсвеченных в ночное время

(рис.3.49).

кальныймост,построенныйв2004г.(рис.3.50).Первоначально рассматривался вариант висячего моста, но окончательно была принятакомбинированнаяметаллическаяконструкция,стилизованнаяподXIXв.:аркасездойпосередине+неразрезнаябалка + + сквозная ферма с полигональными поясами (верхним и нижним), которую местные жители назвали «Спящий динозаврик». Пятипролетная схема обеспечивает главный пролет длиной 231 м (третий результат в Россиипослевантовыхмостов в Сургуте и Петербурге).

51

рым результатом в России после рекордных 408 м Сургутского моста.Монтажмноговантовойсистемы велсявнавессодновременнымкреплениемвантнаобоихметаллическихпилонахвысотой 125 м от уровня реки. Ширина проезжей части для четырех полосскоростного движения— 19м.

НаоткрытиимостаПрезидентРоссииВ.В. Путинсказал:«Данный мост самым лучшим образом подтверждает, что не только живылучшиетрадицииотечественнойинженернойшколы,нои то, что эта школаразвивается, применяет самые передовые технологии».

В данный период нашастолица Москва стала уделять особое внимание своим мостам, ставшихее символами на рубеже двух веков. Прежде всего, это пешеходно-торгово-развлекательные мосты, либо построенные, как мост Багратион — в 1997 г. в международномделовомцентре«Москва-Сити»(рис.3.52), либо реконструированныежелезнодорожные мосты, точнее перевезенные по Москвереке и осовремененные до неузнаваемости: Красно-

лужскиймост,ставшийКиевским(рис.3.53)иАндре-

евский, теперь названный

Пушкинским.

Мост Багратион пред-

ставляетсобойнеразрезную

Рис. 3.52. Мост Багратион в Москве

52

металлическую фермус пролетами 147+49 м,скомпонованнуюсвысотным зданием (см. рис. 3.52). У моста две частично застекленные и отапливаемые «палубы», заполненные

Рис. 3.53. Краснолужский (Киевский) мост в Москве магазинами,ресто-

ранами,смотровымиплощадкамиидажегоризонтальнымиэска- латорами—«траволаторами».

КраснолужскийиАндреевскиймостыбылипостроеныв1905– 1907 гг. на Московской Окружной железной дороге по проекту великогорусскогомостовикаЛ.Д. Проскурякованаосновеизвестной стальной комбинированной конструкции «серповидная арка + балка» пролетом 135 м. Прослужив «железнодорожному делу»почтистолет,онибылитранспортированыпоМоскве-реке

в2000–2001гг. наплавучихсредствахкновому«местуслужбы»

вкачестве пешеходныхкрасавцев-мостов (см. рис. 3.53).

В2007г.вМосквевСеребряномБорупостроенуникальный мост, который пересекает Москву-реку под углом 16° (почти вдоль реки!) (рис. 3.54).

ПроектмоставыполненНПО«Мостовик»(г. Омск) и представляет собой вантово-балоч- ную комбинированную систему, в которой пилон выполнен в виде сквозной арки-фермы. Ванты располагаются

веерно, образуя пространственныекриволи-

нейныеповерхности. Такоеихрасположениеобеспечиваеттребуемую вертикальную, горизонтальную и крутильную жесткостиконструкции.Спиральнозакручивающаясясистемаподвесоквант создает очень сильный зрительный эффект — «ниспадаю-

53

щие паутины, исходящие из радуги, повисшей над рекой». Необычно выглядит мост при ночном освещении. Большая высота арки, последовательное ослабление освещения по мере изменениявысоты создаютиллюзиюуходящегов пространствонеземного сооружения. Это ощущение усиливается подвешенным на высоте 100 м над землей кафе, имеющим необычную форму и подсветку.Несомненно,мостСеребряныйБорстанетдостопримечательностьюстолицы России.

Рис. 3.55. Мост Камнерезов в Китае

Завершитьобзорследуетдвумямостами-рекордсменами.Стро- ительство одного заканчивается в 2008–2009 гг. в Китае — вантовый двухпилонный мост Камнерезовсрекордным пролетом 1008 м (рис. 3.55) и железобетонными пилонами в виде круглых стержней.

54

4.ИСТОРИЯ ТОННЕЛЕ- И МЕТРОСТРОЕНИЯ

Унас и осталось-то всего две национальные жемчужины: наш балет и наш метрополитен.

В. Ерофеев

4.1. Начальный этап освоения подземного пространства

Тоннель, наряду с мостом, является одним из древнейших изобретений человечества. Истоки тоннелестроения уходят в глубокуюдревность.ВВавилоне,Египте,ГрециииРимеподземные работы проводились задолго до нашей эры — сначала при добыче полезных ископаемых, сооружении гробниц и храмов (как например, известная гробница в Абу-Симбле), а затем для водоснабжения и транспорта. Первые сведения о горныхразработкахотносятсякдобычемедивШумерепочти3000летдон. э. Позднее вели подземную разработку соли и серебра в Греции (почти2000летдон.э.).Тогдажебылпроложенподземныйход

кпирамиде в Мемфисе (Древний Египет).

ВИндии и Египте были сооружены подземные галереи, по которым подаваласьвода. ВэпохуУрарту(IX–VIIIв. до н.э.) на территории современной Армении построили ирригационный каналобщей длиной 20км, проходящий через несколько тоннелей, по одномуих которыхдо сих пор течет вода.

Вэти же века в Афинах были построены многочисленные тоннели (высотой 1,5 м и шириной 0,7 м) для водоснабжения, один из которыхсохранилсядо нашихдней. Один из водоводов (Адриана) имелтоннельныеучасткиоколо 25км, которыестроиличерез шахтыглубиной 10–40м длявыдачи горнойпороды и вентиляции. На о. Самос в Эгейском море для подачи воды в

город сооружен тоннель длиной около1,6км,шириной и высотой по 2,4 мсглубинойзаложения до 270 м. Сбойкимеждузабоямиздесьобеспечивали,используядостижениягеометри-

ческой школы Пи-

Рис.4.1. Подземные галереи для подачи воды

55

фагора. Подземные галереи для подачи воды были построены в городах Акра и Пергам (Греция) (рис. 4.1), Рим и Александрия (Египет). В Римской империи на озеро Фусино проложен для водоснабжениятоннельдлиной5,5кмиразмерами2 3 м[52,58].

Дорожные, водопроводные и дренажные тоннели сооружались преимущественно сводчатого очертания, как правило, в устойчивыхскальныхпородах,безустановкиобделки.Дляведения проходческих работ использовались примитивные орудия (кирка,лом,клинья).Крометого,применялсяспособнагревания горной породы огнем до высокой температуры с последующим резким охлаждением водой или уксусом, что приводило к растрескиванию скалы.

После падения Римской империи в строительстве тоннелей наступил период относительного застоя. В раннее Средневековье подземные работы производили только для постройки жилищ, различных сооружений религиозного назначения, а главное — для военных целей при рытье подкопов под стены крепостей.Например, былпостроенгрузинскийпещерныйгород Вардзия и целая системаподземныхпосе-

лений Деринкуйю на территории Турции (рис. 4.2). Эти поселения, возведенные в мягком вулканическом туфе, представляют собой крупнейший подземный жилой комплекс, в котором могло проживатьдо100тыс. человек[52,58].

Старинные подземные поселения обнаружены в Северном Китае, Венгрии, Греции и другихместах. Многиенароды, которыестроилижилыедоманаповерхности,помещениярелигиозного и культового характера размещали под землей. Например, индейскиеплеменанаюго-западеСевернойАмерикидляпрове- дения ритуальныхобрядов выкапывали в землетак называемые кива, т.е. залы диаметром от 4 до 25 м, которые выкладывали изнутрикамнем,снабжаливентиляционнымитрубамииспуском со ступенями.

56

Подземные ходы — «тайники» — широко применялись в России для снабжения водой городов и крепостей в военное время. Большое количество такихсооружений имела Москва. В конце XV в. на территории московского Кремля проложили нескольководопроводныхтоннелей(«водныхтечей»)собделкамиизкамня.Многочисленныеподземныевыработкибылипостроены в Москвев XVI в. во времяправленияИвана Грозного. В 1552 г. при осаде Казани по приказу Ивана Грозного были устроены подземные подкопы, по которым войска смогли прорваться в город. В XVII в. в Пскове и Новгороде прокладывали подземные ходы длиной до 200 м с деревянной и каменной крепью [52, 58].

В конце Средних веков в связи с расширением международных торговых связей началось строительство судоходных тоннелей, отличавшихся большими размерами поперечного сечения и соединявших водные пути сообщения. Это было вызвано стремлениемукоротитьторговыепутипутемсоединенияканалами смежных речных бассейнов, для чего каналы под высокими водоразделами переходили в тоннели. Предпосылкой к этому новомуэтапуявилосьприменениечерногопорохадлявзрыва-

ния скальных пород.

Первый такой тоннель — Мальпасский — был построен во Франции на Лангедокском канале в 1677–1681 гг. в туфах с применениемпорохаивзрывныхработ.Егодлина164м,высота 8,2м,ширина6,7м(рис.4.3).ВXVIII–XIXвв.воФранциибыли построены40судоходныхтоннелей.НеотставалаотФранцииее

историческаясоперница—Ве- ликобритания:впериодс1766 по 1769 г. на канале, соединяющемугольныекописМанчестером, были сооружены 5судоходных тоннелей, а самый большой из них имел длину 2,63 км, ширину2,7 м, высоту 3,7м.ВСШАпервыйсудоходный тоннель был пройден в 1821г.наШюйкильскомкана-

ле длиной 137 м, шириной

Рис. 4.3. Судоходный тоннель 6,1 м, высотой5,5м.

57

Всего к началу XX в. в Великобритании, США, Франции и Япониисооруженоболее100судоходныхтоннелей.Поусловиям безопасности эксплуатации данные тоннели проектируют для одностороннего движения. При необходимости обеспечения одновременного движения в обоих направлениях в длинных тоннелях устраивают местные уширения, в пределах которых происходит пропуск встречных судов. Примером тоннеля, способного пропустить одновременно два судна, может служить Кондский тоннель на Марна-Сенском канале. Он строился в периодс1883по1886г.,длиной308м.Поразмерамвнутреннего очертания эллиптического свода (большая ось — 16 м, малая полуось—5,15м)тоннельявляетсяоднимизкрупнейших[52,58].

Наибольшие размеры имеет Ровский судоходный тоннель

наводноймагистралиМарсель—Рона(Франция)длинойсвыше 7 км, открытый для эксплуатации в 1927 г. и являющийся крупнейшим в мире по размерам поперечного сечения (выработка 24,5 17,1 м при глубине воды 4 м).

Поконструкциисудоходныетоннелиотличаютсяотобычных транспортных тоннелей конфигурацией поперечного сечения и усиленнойгидроизоляциейнижней (подводной)части.Перемещениесудовпотоннелю,какправило,выполняетсяприпомощи специальной механической тяги. Более современной является туэрная тяга, при которой перемещаемые через тоннель суда проводятпри помощи специальногобуксира—туэрного судна. Последнее движется посредством цепи, проложенной без натяженияподнусудоходноготоннеляизакрепленной заегопорталами.Цепьпроходитчереззубчатыйбарабан,установленныйна суднеивращающийсяотспециальногодвигателя,незагрязняющего атмосферув тоннеле.

Железные дороги, как новый, более эффективный вид транспорта, отличающийся быстротой перевозок и регулярностью движения,внезависимостиотвременигода,являлисьсерьезным конкурентом речных путей и особенно искусственных водных артерий — каналов. Проведенная в зоне судоходного канала железнодорожнаялиниячастоделалаэтотводныйпутьнерентабельным, и он выходил из строя. Железнодорожные компании всячески стремились затруднить рост мешавшего им судоходства, не жалея при этом средств на арендуи покупкуотдельных

58

каналов сцельюихконсервации. Естественно,что и имевшиеся на них судоходные тоннели приходили в запустение.

Судоходные тоннели долгое время не строились, но сейчас строительство этих сооружений возобновляется. Например, в Норвегииужеобъявленооначалев2009г.строительстватоннеля, который позволит судам обходить один из самых опасныхв навигационномотношениирайоновупобережьяНорвегии.Тоннельвысотой40м,шириной30мипротяженностью1700мбудет проходить через самую узкую часть Стадландета.

4.2. Железнодорожные тоннели

Новыйэтапвтоннелестроениисвязанспоявлениемиразвити-

ем железнодорожного транспорта в XIX в. Для преодоления железной дорогой различных высотных препятствий требовалось строительство горных тоннелей в связи с относительно малымидопускаемымиуклонамижелезнодорожнойлинии.Первыйвмирежелезнодорожныйтоннельпротяженностью1,19км был построен в 1826–1830 гг. в Великобритании на участке Ливерпуль — Манчестер. Первый в США железнодорожный тоннельбылпостроенв1831–1833гг.,апервыйж.-д.тоннельна европейскомматерике—в1835г.вБельгии.Нажелезнойдороге Вена—Триест,построеннойв1846–1853гг.,имелось15тонне- лей, наибольший их них — длиной 1,4 км.

Многочисленныегорныетоннелив XIXв. былипостроены в Англии, Германии, Швейцарии, Италии, Австрии и Северной Америке. Это стало возможным благодаря изобретению пироксилинаидинамита,гораздоболеесильных,чемчерныйпорох, а также успешномуприменению в горном деле бурильныхмашин, заменившиемалопроизводительноеручноебурение.

Особенно крупные и известные тоннели были построены в концеXIXв.иначалеXXв.вАльпахмеждуФранцией,Италией иШвейцарией.ДоначалаПервоймировойвойны(1914–1918 гг.) было построено 26 тоннелей длиной более 5 км каждый.

В1845г.итальянскоеправительствоприступилокстроительствутоннеляуперевала Мон-Сени в Альпахи поручило известному бельгийскому инженеру Мозу и геологу Зизмонди составить проект. Многие ученые той поры считали проект нереальным, а некий французский академик сказал даже, что проще

59

пустить по горным тропам караваны слонов и верблюдов, чем сделать сквозь горудорогудля экипажей.

В1857г. наосновеэтого проектаподруководством итальянского инженера Г. Соммельеприступили к строительству МонСенийскоготоннелядлиной12 849м.Егоначалипрокладывать

сдвухпротивоположныхсторон:отитальянскойдеревниБардонэкки и от французской деревни Модан. Первые четыре года работы вели вручную, и в сутки удавалось проходить в среднем 0,63 м тоннеля. С 1861 г. работы пошли быстрее благодаря использованиюв строительствебурильныхпневматическихмашинударногодействиясистемыСоммелье.Сихпомощьюбурили шпуры, в которые закладывали пороховые заряды. Буровзрывные работы значительно ускорили строительство. Тоннель сооружаливсложныхгеологическихусловиях.Строителямприходилосьпреодолеватьтвердыепороды,нередкочередующиеся

срыхлымиисыпучимиобразованиями,вестиборьбусводными потоками.Помереудлинениятоннелясокращалсяпритоксвежего воздуха, затруднялось дыхание, что грозило приостановкой работ. Выход был найден благодаря установке с обоих концов тоннелямощнейшихпо томувремени всасывающихаппаратов, которые приводились в действие энергией горныхрек.

21декабря1870г.французскиеи итальянскиерабочиесоединилиучасткисвоихтоннелей.Тоннельбылпроложенсвысокой точностью. Обаего участкапочти полностьюсовпали. Погрешность в отклонении их осей длиной почти 13 км не превышала 2 см,чтосвидетельствуетовысокомуровнегеодезическихработ, а следовательно, о крупном достижении строительной науки и техники.

17 сентября 1871 г. двухпутный Мон-Сенийский тоннель, строившийся почти 15 лет, был открыт для движения поездов междуПарижемиТурином.КромеИталиииФранциивсооружении тоннеля принималаучастиеи Швейцария. Успешноезавер- шениестроительстваМон-Сенийскоготоннеляположилонача- ло сооружению других крупных альпийских тоннелей.

В1872г. началось строительство Сен-Готардскоготоннеля длиной14 984мвЛепонтинскихАльпахвШвейцарии(рис.4.4). ТоннельначиналсяуитальянскойдеревниАйроло.Сооружение тоннелябылопорученоинженеруФавру,которыйобязалсяпостроить его в течение 8 лет. Однако в процессе строительства

60