Подземное строительство в России

podzemnoe-stroitelstvo-v-rossiireferat.doc

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
«КАЗАНСКИЙ (ПРИВОЛЖСКИЙ) ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
по дисциплине «История строительства в России»
«Подземное строительство в России»
Транспортные тоннели. Путь развития от железнодорожных
тоннелей до метрополитенов 5
1. Железнодорожные тоннели 5
2. Автодорожные тоннели ..8
Гидротехнические тоннели гидроэлектрических станций и водохо-
зяйственных комплексов.История развития рекордов и спада
темпов строительства 15
Тоннели инженерных коммуникационных систем городов и
предприятий. Как водопровод для резиденции в прошлом
«подарил» удобства для всех в будущем. 18
Подземные сооружения специального назначения 23
1. Подземные сооружения для целей науки 23
Серпуховский синхрофазотрон .23
Подземная ловушка для нейтрино 24
2. Подземные склады .25
3. Подземные сооружения оборонного назначения 26
Военно-морская крепость Владивосток 26
Подземные ракетные позиции 27
Список литературы ..31
История подземного строительства - это история поиска человечеством решений вопросов повышения комфорта жизни долгосрочности строительства и безопасности. Римские инженеры проектировали многокилометровые тоннели в составе акведуков которые снабжали водой засушливые города Империи создавая условия для их процветания. Подземные города Каппадокии - пример долговечного строительства в камне. Подземные культовые сооружения Древнего Египта - своего рода сейфы того времени.
Катакомбы Рима Неаполя и Парижа протяженные тайные ходы средневековых замков – все это примеры того что человечество всегда стремилось использовать подземное пространство для достижения практических целей зная о безопасности и долговечности подобного строительства.
Не случайно в Средние Века и Эпоху Возрождения подземное строительство снова служит религиозным целям: подземные крипты многих выдающихся соборов демонстрируют не только нетривиальные архитектурные решения но и обладают всеми функциями защищенного хранилища материальных и нематериальных ценностей. В целом подземные помещения в этот период истории человечества в первую очередь скорее убежища нежели жилые помещения или транспортные артерии. По сравнению с мастерством римских инженеров последующие после падения Империи несколько веков смело можно назвать периодом стабильности для подземного строительства в отсутствии технологий необходимых для дальнейшего развития.
В первую очередь необходимы были навыки ведения взрывных работ бурильные машины. Грандиозные проекты начинаются в 19 веке со строительством первых тоннелей в Альпах и морских тоннелей английскими и французскими инженерами. В 1825 году в Лондоне под руководством Марка Брюнелля и его сына Изэмбарда начинается прокладка первого в мире подводного тоннеля под Темзой с помощью проходческого щита. Строительство закончилось в 1843 году позднее этот тоннель станет частью первого в мире метрополитена. Лондонская «труба» начинает работать в 1863 году. Будапештский парижский нью-йоркский метрополитены стамбульский «тюнель» - следуют за этим первым метрополитеном. С усилением технологической поддержки все шире и совершенней сеть метрополитенов подземное строительство продолжает развиваться. В России первые масштабные тоннели – это железнодорожные тоннели середины – второй половины 19 века. Тоннелестроение вскоре становится повсеместной практикой наконец успешно завершаются альпийские проекты.
Совершенно предсказуемо две мировых войны порождают целое направление подземного строительства появляются подземные заводы (как Меттелверк в Германии Муцура в Японии) сети тоннелей (Вьетнам) многоуровневые убежища другие подземные сооружения стратегического назначения (Балаклава).
Последние десятилетия двадцатого века стали периодом активной адаптации подземного строительства под транспортные нужды. Тоннели строятся не только для обеспечения единственно возможной связи но и с целью сокращения времени пути между пунктами с уже существующей транспортной связью. На данный момент развитые технологии в этой области позволяют не только обеспечивать транспортные потоки многомиллионных городов но и прокладывать автомобильные и железнодорожные пути между странами разделенными водными пространствами. Такие проекты как тоннель под Ла-Маншем Эресуннский мост строящиеся тоннели в Гонконге показывают насколько проще стало преодоление ранее непреодолимых пространств.
Развитие технологий и ухудшающаяся экологическая обстановка в мире привели со временем еще к одному популярному направлению в подземном строительстве – все больше современных городов осваивает строительство торговых центров и парковок под землей. А наиболее заинтересованные в прогрессивных методах градостроительства уже давно включают в мастер-планы комплексный план развития подземных пространств.11
Освоение людьми подземного пространства – это не просто прихоть а необходимость заверенная перспективой удобства коммуникативности и самоокупаемости.
Несмотря на то что строительство под землей - довольно-таки трудоемкий и дорогостоящий вид работ история строительства подземных сооружений не останавливается: ставятся все новые цели реализовываются все более масштабные проекты.
В данном реферате рассмотрим историю подземного строительства определим степень ее необходимости и значимости в современном мире а так же попытаемся оценить перспективы ее развития.
Транспортные тоннели.
Путь развития от железнодорожных тоннелей до метрополитенов.
1. Железнодорожные тоннели.
Общеизвестно что мосты и тоннели являются "ключом" при пуске железных дорог. Актуальность этой системы еще более возрастает при строительстве магистралей в районах со сложными топографическими условиями например в условиях горно-таежной местности с суровым холодным климатом. Такая доля выпала русским инженерам в конце XIX в. Однако начальный этап становления школы прошел в Западной части России. В 1852 – 1862 гг. в России была построена вторая железнодорожная магистраль – Петербург - Варшава. Дорога проходила по направлению Петербург – Луга – Псков – Двина (Даугавпилс) – Вильно – Гродно – Белосток – Варшава и от Вильно до Ковно (Каунас) до границы с Пруссией.
На территории современной Литвы было пройдено два тоннеля Вильнюсский (у ст. Понеряй) длиной 427 м и Ковенский (Каунасский) протяженностью 1278 м. Первый тоннель давно засыпан и заменен обходом. Второй тоннель успешно эксплуатируется и сегодня. Его изыскания проектирования и обоснования целесообразности строительства осуществлено начальником строительства II участка дороги инженер-подполковником Перрот. Инициативные начинания были поддержаны его начальниками – крупнейшими учеными (Кербедзем и Журавским). Перрот первый в России разработал проект и осуществил реализацию строительства обоих тоннелей.
Двухпутный Ковенский тоннель длиной 128 км с кирпичной обделкой оригинальной конструкции успешно построен за три года без какой-либо иностранной помощи и влияния.
В конце XIX в. Россия начинается строительство железных дорог в горных районах Кавказа Крыма Урала и Сибири где повсеместно возникает необходимость строительства тоннелей.
Так при пересечении Главного Кавказского хребта от ст. Тихорецкая до Новороссийска было сооружено два тоннеля длиной 383 м и 1385 м. Срок строительства 3 года.
Значительный интерес представляет строительство самого протяженного в то время в России двухпутного ж. д. Сурамского тоннеля на линии Поти-Тифлис (Тбилиси). Постройка этого тоннеля длиной 3998 м за 4 года (1886 – 1890 гг.) – образец инженерного искусства.
При строительстве Великого Сибирского пути – Транссибирской железнодорожной магистрали было возведено 46 тоннелей 39 из них располагаются на Кругобайкальском участке. На строительстве Китайской Восточной железной дороги (КВЖД) протяженностью 1513 км до Харбина (главная трасса) а кроме того от Харбина до Порт-Артура (с подъездными путями) – 1014 км в период 1897 – 1903 гг. было пройдено 9 горных тоннелей общей протяженностью 4310 м 2.
Образцом инженерного таланта и организационного умения является Хинганский двухпутный тоннель длиной 3100 м с петлевым съездом именуемым "Бочаровской спиралью". Тоннель построен за 2 года и 25 месяца в условиях суровой горной местности и климата.
Всего с 1859 по 1916 годы в России построено 35 км железнодорожных тоннелей.
С 1932 по 1949 годы в СССР построено 32 км железнодорожных тоннелей.
Новый подъем в строительстве транспортных тоннелей начинается во второй половине 50-х годов. С 1955 по 1970 г. было построено 13 железнодорожных тоннелей общей протяженностью 18 км. К ним относятся 9 тоннелей линии Абакан-Тайшет суммарной протяженностью 10 км.
За период 1970 – 1985 гг. построено 23 тоннеля общей протяженностью 50 км. Самым протяженным среди них является Меградзорский железнодорожный тоннель (83 км) в Армении.
Большим вкладом в "Книгу" мирового опыта транспортного тоннелестроительства является сооружение тоннелей Байкало-Амурской железнодорожной магистрали. На трассе БАМ располагается пять перевальных тоннелей: Байкальский – 67 км Северо-Муйский – 153 км Кодарский – 19 км Дуссе-Алиньский – 18 км и Нагорный – 12 км. Кроме того пройдено 4 мысовых два обходных Северо-Муйских Рачихинский и другие тоннели.
В составе комплекса тоннелей пройдено 70 км выработок разработано 4 млн. м3 грунта уложено в подземные конструкции 10 млн. м3 монолитного бетона.
Сегодня коллектив строителей этого комплекса занят на строительстве вторых тоннелей трассы Транссиба и линии Абакан-Тайшет.
История отечественного строительства железнодорожных тоннелей была бы неполной без упоминания об одном из крупнейших и малоизвестном объекте построенном поколением наших отцов – Подводном железнодорожном тоннеле под Амуром вблизи г. Хабаровска 12. Тоннель длиной 7 км был пройден с помощью пяти щитов на длине 3627 м а также горным способом (из трех забоев) на восточном участке открытым способом на западном участке длиной 1350 м. Внутренний диаметр тоннеля 7400 мм на подводной части.
Начало строительства тоннеля – 1937 г.
Пуск тоннеля в эксплуатацию – 1941 г.
2. Автодорожные тоннели.
Горные автодорожные тоннели до начала 60-х гг. в СССР небольшой длины были построены в Крыму на Кавказе и Средней Азии.
В 60-е годы началось строительство крупных в т. ч. высокогорных автодорожных тоннелей на автомагистралях имеющих экономическое значение. Подавляющее количество их построено организациями Главтоннельметростроя Минтрансстроя СССР.
Список наиболее протяженных тоннелей приведен в нижеследующей таблице.
Наиболее крупные и значимые автодорожные тоннели построенные в период 60-х гг. – до настоящего времени строящиеся сегодня
Год пуска в эксплуат.
Отметка залож. порт. высокогорн. тон.
Местоположение страна
Сусамырский тоннель на автодороге Фрунзе-Ош
Тоннель под перевалом Саланг в горах Гиндукуша на автодороге Хайратон-Кабул
Тоннель под Пушкинским перевалом на автодороге Тбилиси-Ереван
Три тоннеля на автодороге Фрунзе-Ош
Тоннель под Рикотским перевалом на автодороге Тбилиси-Кутаиси
Два тоннеля на автодороге Ташкент-Коканд
Два тоннеля на обходной автодороге г. Гагры
Рокский автодорожный тоннель под Главным Кавказским хребтом по трассе Владикавказ-Цхинвал
Гимринский тоннель в комплексе строительства Ирганайской ГЭС
Мацестинский тоннель на обходной автодороге г. Сочи
Тоннель под Севанским перевалом на автодороге Дилижан – Иждеван - Тбилиси
Анзобский тоннель под Гиссарским хребтом на автодороге Душанбе-Ташкент
Таджикистан Узбекистан
Тоннель на автодороге Адлер - Красная Поляна
Довольно большое количество автодорожных тоннелей построено на горных гидроузлах. Так например для доставки грунта из карьеров в тело Нурскской плотины ГЭС построено 7 таких тоннелей суммарной длиной около 4 км.
Для осуществления организации строительства и эксплуатации Чиркейской ГЭС на р. Сулак потребовалось соорудить автодорожные тоннели суммарной длиной 10 км.
Горные городские тоннели в стране не имели практического использования. Из подобного класса транспортных тоннелей построено только 2 объекта – массовые горные тоннели в Тбилиси и Дербенте длины которых соответственно составляют 07 км и 05 км.3
В течение последнего десятилетия в Москве осуществляются крупнейшие проекты по переустройству транспортных магистралей города. При реализации таких программ удельный вес тоннелей достаточно весом. В составе крупных транспортных развязок построено впервые несколько сложнейших переходов под железными дорогами по технологии защитного экрана из труб с длиной каждого перехода в несколько десятков метров. Прокладка труб методом микротоннелирования для подобных задач на сегодня является основной.
По состоянию на настоящее время в Москве построено 8 – 10 тоннелей. Кроме того 1 тоннель – в районе С.-Петербурга и 2 – в Перми.
С помощью щитового комплекса фирмы "Херренкнехт" 14 м в Москве в кратчайшие сроки построен крупнейший городской автодорожный Лефортовский тоннель длиной 33 км. Подобное подземное сооружение – новый тип городской автомагистрали большой протяженности пересекающей крупные городские районы без вредных воздействий на все многообразные элементы городской среды.12
Сегодня с помощью этого же комплекса успешно строится протяженный автотранспортный тоннель в районе Серебряного Бора.
В Уфе силами ФГУП УС-30 продолжается строительство горным способом городского автодорожного тоннеля который является частью автодороги Запад-Восток проходящей через центр города.
Двухочковый тоннель длиной 1 км проходящий на глубине 20 – 30 м сооружается в крайне сложных условиях. Строительство его ведется с использованием НАТМ. Технологию строительства тоннеля его конструктивные решения и ряд других работ выполняются австрийской фирмой "Бетон унд Монирбау". Помимо сложной геологии недостаток финансирования является еще большей трудностью в ходе реализации проекта.
Московский метрополитен – первенец СССР по этому виду городского транспорта. Мосметрострой – Альма Матер всех советских тоннельщиков и соответственно на сегодня тоннелестроителей всех стран составляющих ранее Советский Союз. Сегодня Московский метрополитен отмечающий свой 70-летний юбилей имеет в своем составе 170 станций протяженность его 12 линий составляет 2756 км. Количество перевозимых пассажиров в год превышает 3 млрд.
Возможно у Московского метро помимо достоинств имеются и недостатки. Но я как человек пользовавшийся услугами Московского метрополитена по организации процессов перевозок отношу ее к транспортному комплексу высокого уровня эффективности а его подземную часть и прежде всего станции считаю величайшим памятником техники прошедшей эпохи.10
При этом нельзя не учитывать многих факторов прямо и косвенно воздействующих на технические решения этого комплекса. Прежде всего геология и гидрогеология очень сложная и изменчивая. В считанные годы первостроителям предстояло создать научную и проектную базу организовать и грамотно управлять коллективом численностью до 75 тыс. чел. (1934 г.).
В это же время необходимо было осуществить конструирование обеспечить координацию изготовления на сотнях заводов страны многих сотен позиций горнопроходческого вспомогательного а также технологического оборудования метрополитена оснащения его систем сантехники вентиляции энергетики сигнализации и связи. И все это надо было делать впервые.
Период относительно стабильного уровня ведения работ для коллектива Мосметростроя крайне непродолжителен. Всего лишь несколько десятков лет (примерно 1960 – 1986 г.). В эти годы были велики объемы но под них были и все виды ресурсов.
Наиболее сложны начальный этап и последнее двадцатилетие. В сегодняшний период из-за скудности финансов резко возрастает дефицит линий метро необходимых для жизнедеятельности города. Ежегодно вводится в эксплуатацию 2 – 25 км подземки что по мнению начальника Московского метрополитена Д. Гаева – втрое меньше чем необходимо.
Московский метрополитен входит в тройку лучших метрополитенов мира.
С.-Петербургский метрополитен на сегодня имеет 4 линии с 54 станциями с диной линий 93 км. Сегодня на территории бывшего СССР работает 14 метрополитенов 6 из которых - в России. Строительство их осуществляется в 21 городе.12
На основе документов недавнего прошлого ставших уже историческими видна динамика развития метростроения.
Например в докладе Главного инженера Главтоннельметростроя Минтрансстроя СССР С. Н. Власова на Всесоюзной конференции в 1981 г.: "Так до 1959 г. ежегодный ввод линий метрополитенов составлял 38 км; с 1959 по 1965 г. – 101 км; с 1966 по 1970 гг. – 123 км; с 1971 по 1975 гг. – 137 км; с 1976 по 1980 гг. - 164 км.
Масштаб развития метрополитенов СССР характеризуется также данными нижеследующей таблицы.
Хронология пуска метрополитенов в городах бывшего СССР
Наименование городов
Протяженность тоннелей I очереди
На текущий момент объемы финансирования метрополитена России малы даже при нынешних крайне невысоких мощностях тоннельно-строительных предприятий. Выполняемые объемы строительства не способны окупить несколько десятков современных импортных проходческих комплексов которые имеются на стройках метро нашей страны. И к сожалению Развитие сети метро не соответствует требованиям городов.
Гидротехнические тоннели гидроэлектрических станций и водохозяйственных комплексов. История развития рекордов и спада темпов строительства.
По данным ведущего специалиста страны в области подземных гидротехнических сооружений проф. д. т.н. В. М. Мосткова за прошедший период от начала подземного гидротехнического строительства (1927 г.) до наших дней на территории бывшей СССР примерно на 50 гидроузлах включая 12 полностью подземных электростанций построено 230 – 250 гидротехнических и вспомогательных тоннелей суммарной протяженностью 400 – 450 км. Большинство таких деривационных ГЭС строилось в республиках Средней Азии и Закавказья. На территории России работает 17 ГЭС (5 из них подземные) с суммарной длиной гидротехнических тоннелей 100 км. 3.
Масштабные работы по научным исследованиям и строительству осуществлены по зарубежным подземным сооружениям ГЭС в Египте (Асуанская ГЭС) Вьетнам (ГЭС Хаобинь и Яли) ГДР (ГАЭС Маркерсбах и Гольдисталь) Индии (ГЭС Тери) а также на ряде комплексов на Кубе Иране Сирии.
В 1934 – 1935 гг. были сданы в эксплуатацию следующие деривационные ГЭС: Дзорагетская в Армении Рионская в Грузии Баксанская на Северном Кавказе. В состав этих ГЭС входили тоннели общей длиной по 25 – 35 км площадью поперечного сечения 10 – 20 м2.
В предвоенную эпоху много гидротехнических тоннелей построено на Аджарисцхальской и Сухумской ГЭС в Грузии Канакерской и подземной Севанской ГЭС в Армении Гизельдонской ГЭС и подземной Нивской ГЭС-III на Кольском полуострове в России. За пятнадцатилетний период (1927 – 1942 гг.) было построено около 30 км тоннелей на гидроузлах.
Послевоенный период развития подземного гидростроительства был достаточно активным и масштабным. В закавказских республиках (Армения Грузия) построено с 1946 по 1960 гг. более двадцати ГЭС с тоннелями значительной длины и с площадью поперечного сечения до 30 – 40 м2.
В конце этого этапа развернулось строительство тоннелей на северном Кавказе в России Закарпатье Казахстане и Кольском полуострове.3
Произошло в это же время резкое улучшение механизации работ и формирование школы подземных строителей-гидротехников. Установлен всесоюзный рекорд проходки (более 100 м в месяц) и возведения бетонной обделки (550 ммес на Алма-Атинской ГЭС-2) в 1956 г.
Всего за 15 лет построено более 110 км тоннелей.
Коренной перелом отечественного подземного гидростроительства произошел в течение 1961 – 1975 гг. Он характерен главным образом переходом на тоннели большого поперечного сечения (100 м2 и более) разворотом работ на крупнейших подземных комплексах Нурекской ГЭС (Таджикистан) Ингурской ГЭС (Грузия) Токтогульской (Киргизия) Червакской (Узбекистан) Чиркейской (Россия) обеспечением строек достаточно производительной отечественной техникой для всех видов работ.
Среднемесячная скорость проходки составляет 50 м рекордные 170 м. За этот период было пройдено более 150 км тоннелей.
Представление о физических объемах работ этого и последующего периода до 1992 г. дают данные В. О. "Союзгидроспецстрой" Минэнерго СССР созданного в 1961 г.
В течение вышеназванного периода объединением пройдено 400 км тоннелей и камер на гидроузлах водохозяйственных стройках. Общий объем подземной выломки составляет 18 млн. м3 объем железобетонных подземных конструкций равняется 6 млн. м3.
Объем подземной выломки в скале Нурекской ГЭС составил 27 млн. м3. Это был наивысший показатель по нескольким десяткам деривационных гидроузлов.
Незаконченное строительство также на р. Вахш Рогунской ГЭС имеет следующие горно-строительные показатели:
- Протяженность подземных сооружений – 725 км
- Объем подземной выломки - 51 млн. м3
- Объем подземного железобетона - 18 млн. м3
- Общее количество подземных сооружений - 300
- Площадь поперечного сечения подземного машзала станции – 1500 м2.
Особый тип гидротехнических тоннелей представляют тоннели в составе трактов магистральных каналов как правило выполняющих функцию водоснабжения крупных районов и орошения засушливых земель. Такие тоннели начали строиться в стране с первых лет установления Советской власти. Для большинства таких объектов характерна значительная длина и относительно небольшая площадь поперечного сечения. Такие условия предопределяют необходимость проходки глубоких шахт пересечения многочисленных зон подверженных геотектоническим воздействиям.
Наиболее сложным из таких объектов является тоннель для переброски р. Арпы в озеро Севан (Армения).
Для раскрытия фронта работ было пройдено 4 шахты глубиной от 195 до 668 м. Глубина заложения тоннеля достигает 1230 м. Трасса проходит через жерла 2-х потухших вулканов. Проходка тоннеля № 1 и № 2 суммарной длиной 482 км осуществлялась одиннадцатью забоями. Максимальная длина тупикового забоя достигала 4 км.
Строительство этого тоннеля потребовало преодоления многих трудностей и системных опасных ситуаций. Особое место принадлежит интервалу тоннеля № 2 между забоями № 8 и № 9. В этом месте тоннель пересекал Гератах-Анкаванский тектонический разлом земной коры. Тоннель проходил в зоне разлома где изверженные породы были перетерты до состояния глиноподобной тектонической брекчии.
Проходка тоннеля сопровождалась проявлениями горного давления величины которых превышали показатели зафиксированные мировой практикой (до 40 МПа) газодинамических явлений – выбросов изверженных пород углекислого газа не имеющих аналогов в мировой практике.5
Все эти явления вызывали длительные остановки поиск решений переоснащение техникой замену обделок готовность к риску не исключая наиболее драматичный исход. Мировая цивилизация для подобных условий еще решений не выработала. В дополнении к этому еще были и климатические условия: зимой температура на поверхности -30 – 35оС а забоях всегда +38 – 39оС.
Общее число тоннелей этого типа составляет несколько десятков. Их суммарная протяженность равняется 140 – 150 км. Отдельные тоннели пройдены горным способом (Арпа-Севан Дангаринский в Таджикистане и др.). Тоннели канала Волго-Дон пройдены щитами 60 м (длина 18 км) гидротехнические тоннели длиной 156 км канала Днепр-Донбасс длиной 66 км построены с помощью проходческих щитов 55 м.
В период с 1992 г. и по настоящее время крупные гидротехнические тоннели на ГЭС и в водохозяйственном комплексе большая редкость. На отдельных стройках малочисленными коллективами ведется продолжение строек начатых в ХХ в. в Советский период.
«подарил» удобства для всех в будущем.
Первым крупным выдающимся тоннельным объектом в сфере водоснабжения Российской империи является Таицкий водопроводный тоннель построенный в конце XVII в. по распоряжению Екатерины II. Он предназначался для подачи воды из ключей вблизи мызы Таицы в царскую резиденцию а также в Царское село с пригородами Софией и Павловском. Проходной тоннель длиной в 696 м. располагался в массиве скальных и полускальных грунтов на глубинах до 10 – 15 м. Подача воды велась по тоннелю в самотечном режиме.
Реализация второго крупного проекта для интересов г. Москвы произошла также в годы царствования этого же монарха.
В последней трети ХVII столетия население Москвы уже насчитывало около 200 тыс. чел. Положение с водой в городе было катастрофическим по всем показателям. После многих жалоб и прошений императрица в 1779 г. распорядилась: " Генерал-поручику Бауэру произвести водяные работы для пользы нашего первопрестольного града Москвы ".
Генерал-поручик (позднее генерал-инженер) Бауэр являющийся крупным специалистом в этой области провел масштабные исследования изыскания окрестностей города.
На основании этих материалов им был разработан смелый проект по которому забирались подрусловые воды верховьев р. Яузы и подавались в самотечном режиме в центр г. Москвы по кирпичной полупроходной галерее (1 х 1 м.) длиной 22 км. Высотный перепад лотка галереи по длине составляет 60 м.
На значительно части длины галерея по территории города проходила на большой глубине (до 19 м). Длина тоннельной водопроводной штольни составляла 45 – 50 км. Первыми тоннельщиками являлись солдаты и унтер-офицеры Московского гарнизона. Их оплата труда была ниже вольнонаемных в 2 – 3 раза. Из-за разных причин главным образом финансовых стройка длилась 25 лет.
октября 1804 г. Мытищинский водопровод производительностью 4300 м3сутки ключевой воды был принят в эксплуатацию. Надежность строительных конструкций галереи оказалась невысокой результаты титанического труда расхода гигантских финансов были печальны. История эта и подобные ей крайне поучительна но они забыты и неизвестны к сожалению большинству специалистов.
Москва – первый крупный город империи в центральной части которого с 1893 по 1898 гг. построена современная система канализации с сетями большого диаметра мощной насосной станцией и полями аэрации.
В ее составе начиная от Красной площади был канализационный тоннель длиной 048 км. Второй тоннель высотой в свету 16 м. также с обделкой из кирпича длиной 25 м входил в состав Главного загородного канала. 4.
В дореволюционный период тоннели небольшой длины входили в состав сетей канализации Киева Варшавы Одессы Ростова-на-Дону. Наиболее крупные работы по строительству канализационных тоннелей провел в Самаре известный британский инженер и предприниматель Линдлей перед началом войны 1914 г.
Возобновление строительства канализационных тоннелей горным способом в Москве произошло в 1935 г. С этого момента и до конца 40-х годов общая проходка таких тоннелей составляет 10 – 15 км.
мая 1937 г. в Москве началось строительство канализации щитовым способом. В течение 2-х лет были внедрены в производство щиты 26 м; 15 м; 30 м; 36 м. По состоянию на 1.01.41 г. щитами было пройдено 12 тоннелей суммарной протяженностью 33 км. В годы войны продолжалось строительство Юго-Западного канала щитами 30 м и горным способом силами Мосметростроя. Пройденная часть тоннеля длиной 33 км использовалась в качестве убежища для населения при авианалетах противника на город.
В 1945 г. сдан в эксплуатацию крупнейший и на сегодня Юго-Западный канализационный (L=227 км) канал головная часть его – тоннель длиной 14 км пройденный щитом 30 м а концевая – коллектор в траншее (87 км) на глубинах до 8 – 10 м.
После окончания войны и до начала 90-х годов строительство тоннелей щитами для Московской канализации других городских систем велось трестом ГПР с темпами 15 – 25 км в год.4
Щитовая проходка коллекторов в С.-Петербурге была начата в 1947 г. и непрерывно продолжается до наших дней.
Третья наиболее мощная и комплексная база коммунального тоннелестроения опирающаяся на собственную высокопрофессиональную школу шахтостроения начала формирование в Туле в середине 50-х годов. Сначала были тоннели системы дождевой канализации города тоннели инженерных сетей металлургического завода а также объекты в других городах небольшой длины (Таллин Вильнюс Ясиноватая Кривой Рог Киев Минск и др.).
В 1967 г. в Туле формируется трест "Союзшахтоспецпромстрой" который явился основным тоннельностроительным предприятием по такого рода объектам по всей территории страны.
С помощью самотечных канализационных тоннелей туляками построены высокоэффективные подземные комплексы в десятках городов страны прежде всего в столицах союзных республик. Даже в Таллине имеющем на тот период население менее 05 млн. чел был построен комплекс тоннелей глубокого заложения суммарной длиной около 40 км за период с 1968 г. по 1992 г. Технику тюбинги трудовые ресурсы предоставила Тульская земля.
За весь период строительства – четверть века продолжительностью – в подземных условиях не работал ни один из коренных жителей этой республики. Всеми подрядными организациями СССР за 1937 – 2000 годы (основной объем выполнен до 1992 г.) построено 2200 км коммунальных и промышленных тоннелей щитами 15 – 55 м горным способом (менее 5%).
Удельный вес участия различных подрядчиков в коммунальном тоннелестроении СССР представляется примерно следующим образом:
- Протяженность тоннелей в Москве где роль треста ГПР была доминирующей – 1040 км.
- Протяженность тоннелей построенная трестом "Союзшахтоспецпромстрой" (позднее "Союзтоннельстрой") – 750 км.
- Протяженность тоннеля г. С.-Петербурга построенная в основном трестом "Спецтоннельстрой" – 220 км.
- Протяженность тоннелей построенных по всей стране не специализированными организациями по этому виду работ – 190 км.
Фактически объем строительства такого вида тоннелей будет несколько выше т. к. отсутствуют данные по строительству в Армении Грузии и ряде других мест.
Распределение выполненных объемов строительства этих видов тоннелей по отдельным городам страны приводится в табл. 3.
Объем строительства коммунальных тоннелей в отдельных городах СССР
В области коммунального тоннелестроения в последние десятилетия СССР было задействовано примерно 8 тыс. чел. Ежегодный объем строительства тоннелей составляет 50 – 60 км. За период с 1994 г. по 2004 г. по России (без Москвы и С.-Петербурга) пройдено в коммунальной сфере не более 7 – 10 км тоннелей.11
Подземные сооружения специального назначения.
Под этим термином понимается десятки видов и типов подземных объектов отдельных сооружений не вполне традиционного назначения. Область бесконечно велика. В данном реферате осуществлю упоминание всего о нескольких видах.
1. Подземные сооружения для целей науки
Нужды научного обеспечения развития атомной промышленности энергетики и оружия обусловили необходимость срочного строительства в Подмосковье Сибири других местах нескольких крупных исследовательских комплексов. 5.
Серпуховский синхрофазотрон
Строительство кольцевого ускорителя протонов – синхрофазотрона крупнейшего в мире на энергию 50 – 60 ГЭв являлось грандиозным и трудным а также дорогостоящим объектом. Его разместили недалеко от г. Серпухова ныне многие специалисты в мире занятые исследованием в ядерной области знают поселок Протвино. В 1958 г. строительство синхрофазотрона было поручено Правительством страны осуществить лучшим профессионалам отрасли – военным строителям Минсредмаша СССР. Возглавил строительство генерал М. М. Царевский который десятки лет строил большие и сложные промышленные объекты в т. ч. первый промышленный ядерный реактор.
В составе комплекса располагается кольцевой двухэтажный тоннель длиной около 1 км на глубине 8 и более метров от поверхности земли при строительстве которого разработано 384 тыс. м3 грунта. Тоннель оба этажа которого наполнены оборудованием и коммуникациями является одним из важнейших элементов определяющих мощность объекта. Мне довелось посетить и осмотреть весь комплекс и в том числе тоннель в середине 80-х годов. С величайшим удовлетворением до сих пор воспринимаю высочайшее качество работ выполненных солдатами офицерами вольнонаемным персоналом этой строительной организации.
Во второй половине 80-х годов было принято решение о резком увеличении мощности синхрофозатрона за счет последующего разгона частиц по дополнительному кольцевому магнитопроводу длиной 20 км.
В настоящее время этот кольцевой тоннель пройден щитами 55 м частично горным способом. Внутренняя облицовка тоннельной обделки футерована сталью =8-10 мм. Для проходки тоннеля пройдено не менее 20 шахт 60 м глубиной от 30 – 40 м до 90 – 120 м крупный экспериментальный зал множество вспомогательных подземных сооружений.
На сегодня труд тысяч строителей в течение многих лет стоимостью вероятно несколько сотен млн. находится в незаконченном виде.11
Подземная ловушка для нейтрино
В 1967 г. в Кабардино-Балкарии тоннельщиками "Бактоннельстроя" было начато строительство Баксанской нейтринной обсерватории.
Обсерватория размещалась в тоннеле проложенном в массиве горы Андырчи. В полукилометре от портала в подземном зале вдвое превышающем закрытые теннисные корты расположен телескоп оснащенный 3200 детекторами. Во втором зале находящемся в 35 км от устья штольни на глубине 1270 м от поверхности земли находится галлий - германиевый нейтринный телескоп. Его монтаж завершен в 1987 г.
Здесь впервые в мире был измерен интегральный поток частиц рождающихся в недрах Солнца. Исследования ведутся совместно с учеными США Японии. Двое ученых из этих стран в 2002 г. стали лауреатами Нобелевской премии (250 тыс. каждому) по этому новейшему направлению познания космоса. Среди лауреатов российских ученых нет.11
Прежде всего в отличие от Западной Европы и США подобных объектов в СССР построено по-видимому крайне мало. Обусловлено это многими факторами главнейшими из которых служат малоблагоприятные инженерно-геологические и топографические условия на большей части территории страны а также отсутствие финансовых ресурсов на эти цели даже в благополучный период развития страны.
В Закавказских республиках Молдавии и возможно на Украине подземные склады буквально в единичных количествах построены и эксплуатируются.
Так например в 1959 – 1965 гг. "Тбилтоннельстроем" сдано в эксплуатацию подземное Кварельское винохранилище емкостью 2 млн. декалитров. Планировка подземного хранилища представляет собой 2 транспортных тоннеля по 390 м и 13 перпендикулярных тоннелей с длиной каждого по 500 м.
Площадь поперечного сечения всех тоннелей 13 м2. Суммарная протяженность тоннелей 6584 м. Кроме того имеется библиотека вин в зале длиной 135 (сечением 16 м2) с соединительным тоннелем клифтовой шахты глубиной 40 м. Шахта обеспечивает транспортную связь дегустационного зала на поверхности с подземным комплексом.
В 1981 – 1987 гг. в Аджарии (Грузия) построено Хелвацаурское овощехранилище тоннельного типа на 10 000 т единовременного хранения.10
3. Подземные сооружения оборонного назначения
Военно-морская крепость Владивосток
Генерал-губернатором Восточной Сибири Н. Н. Муравьевым был отдан приказ в 1860 г. об основании военного поста в гавани Владивосток. С этого времени и до 1917 г. происходило непрерывное строительство и совершенствование крепости с целью повышения ее боевой мощи. 6.
С 1932 г. и до конца Второй Мировой войны снова проводились громадные работы по усилению крепости в связи с угрозой нападения с моря. В 1932 г. был создан Владивостокский морской оборонительный район задачей которого была также оборона прилегающих территорий. Для описания крепостных сооружений в т. ч. и подземных требуется целая книга 6 объемом 262 стр. Необходимо отметить что это многие десятки возможно сотни различных сооружений построенных открытым и закрытым способами. Инженеры-тоннельщики большинства стран могли бы значительно повысить свою эрудицию по профессии если бы ранее не было грифов а также при обработке знаний в форме принятой для гражданских инженеров.
Например уже в начале ХХ века в скальном подземном пространстве крепости на глубине в несколько десятков метров были построены протяженные тоннели для пороховых погребов сечением 40 – 60 м2 со сборной блочной бетонной обделкой с оригинальной противовзрывной защитой. Основным ее элементом служила вторая легкая обделка располагаемая на небольшом расстоянии от основных по всему периметру стен и свода тоннелей.
Впечатляют и на сегодня тоннели-казармы укрытия и убежища подземные склады различного назначения с различными видами надежных транспортных средств.
Подземный комплекс крупнокалиберных береговых батарей проектов 30-х годов располагающийся в многоэтажных подземных сооружениях глубиной 20 – 30 м где имелись все независимые системы для жизнедеятельности являет собой образец продуманности и совершенства конструктивных решений вертикальных и горизонтальных подземных сооружений.
Возникала также необходимость строительства транспортных тоннелей. Так для маневра тяжелых железнодорожных артиллерийских транспортеров для орудий 356 мм (длина стволов 52 калибра) в 1932 – 1935 гг. был построен железнодорожный тоннель длиной 1380 м силами Особого корпуса железнодорожных войск.6
Подземные ракетные позиции
Ракетное оружие относится к достаточно древним изобретениям. До начала 40-х годов ХХ в. ему отводилось традиционная сугубо вспомогательная роль.
Однако в 1944 г. человечество было вынуждено резко изменить свое отношение к нему. В течение ночи 13 июня 1944 г. силами 155 зенитного полка "Люфтваффе" 65 армейского корпуса специального назначения по Англии было запущено 10 крылатых ракет ФАУ-1 8 сентября 1944 года над Лондоном раздался громовой гул летящей баллистической ракеты ФАУ-2 поразившей район Чизвик. Пуск ракеты был осуществлен 91-м артиллерийским командованием Вермахта вышеназванного корпуса.
Эти первые ракетные удары известили мир о появлении нового грозного оружия. 7.
Страны-победительницы изучили путь пройденный германскими конструкторами промышленностью и военными. Это вероятно дало много полезного. 8.
США как мощная страна шла с большим отрывом вперед. На 1962 г. там было развернуто 203 МБР. СССР имел 56 МБР с невысокой эксплуатационной надежностью. В дальнейшем этот разрыв продолжал только возрастать. Затем был перейден обеими сторонами предел разумной достаточности приводя обе стороны к истощению. И только потом переговоры ! Пуск ракет из шахт начался почти одновременно в США и СССР. Пуск первой ракеты Р-12 из шахт полигона Капустин Яр был осуществлен в сентябре 1959 г. 9. Ракета имела длину 22 м максимальный диаметр корпуса 165 м стартовую массу 117 т максимальную дальность полета 2000 км.
С этого момента для ракетных войск нашей армии возникла величайшая потребность в специалистах по подземному строительству. Догоняя США были построены сотни ракетных шахт диаметром до 80 м глубиной до 30 – 40 м подземные командные пункты объекты энергетики.
Многие десятки тысяч строителей десятки лет по всей территории страны вели громадные подземные работы. Сегодня их плоды в наибольшей степени уже взорваны. И даже их богатый строительный опыт не обобщен. Это тоже большая потеря капитала и памяти истории.
Не одна из сторон не опубликовала общих величин объемов работ и расхода ресурсов. По-видимому эти величины астрономически велики и несоизмеримы со скромными запросами на коммуникации городов.
Прогнозировать не любят даже государственные мужи справедливо полагая что это дело неблагодарное.
Во много раз труднее представить развитие ситуации на будущее инженерам которые привыкли решать сугубо технические задачи порой весьма сложные.
Подобный прогноз – скорее желаемое видение ситуации со своей позиции понимания общественно-государственных процессов. В соответствии с этой концепцией нам представляется:
Обязательный качественный рост показателей объемов всех областей подземного строительства.
Удельный вес подземных сооружений в общем объеме городского и промышленного строительства был более низким чем в странах Запада. В будущем без сомнения возрастет.
Наиболее неотложной является программа обновления сотен тысяч километров городских инженерных коммуникаций систем водоснабжения и канализации городов в диапазоне диаметров от 200 – 300 мм до 2000 – 4000 м.
Для этой программы нужны десятки новых заводов по выпуску современных труб других строительных конструкций а также горнопроходческой и иной техники которые бы располагались в различных регионах России.
Ремонт с одновременной эксплуатацией полупроходных и проходных водонесущих коммуникаций в т. ч. глубокого заложения одно из эффективнейших направлений поддерживания изношенного подземного хозяйства.
Переустройство магистральных линий водопровода и канализации на уровне мировых требований по срокам службы и качественным снижением эксплуатационных затрат особенно энергетических.
В ближайший период не может не возникнуть довольно значимая потребность в тоннельщиках для нужд владельцев магистралей энергоносителей.
Создание современных автомагистралей не может не создать спроса на путепроводные развязки с железными дорогами включая автотранспортные тоннели. Таких сооружений нужно строить не единицы и даже не сотни. По этому показателю требуется обновление (постепенное) почти на всей длине сети железных дорог страны.
Отдельные города нуждаются в автодорожных тоннелях наличие которых позволяет резко снизить протяженность транспортных трасс и преодолеть перепады рельефа местности.
Из крупных проектов тоннелей для России вероятно самым важным может являться железнодорожный тоннель на о. Сахалин который начинали строить более 50 лет назад.
Проект тоннеля через Берингов пролив с позиций развития техники на сегодня уже почти реален. Однако его целесообразность еще не доказана с позиции интересов нашей страны.
Резюмируя сказанное нельзя не отметить о том что в Российской империи и позднее в СССР подземное строительство представляло собой крупную отрасль внесшую большой вклад в развитие экономики страны. Созданная национальная школа этого направления смело бралась и реализовывала строительство уникальных объектов мирового значения.
Потребность в подземных сооружениях всех видов и размеров велика Российский рынок этого строительства обладает колоссальной емкостью. Его развитие обусловлено прежде всего эффективностью государственной политики а уже затем активностью профессионалов отрасли.
А. В. Носарев. Мосты и тоннели на Великом Сибирском пути. г. Москва 2002 г.
Опыт и перспективы строительства подводных тоннелей России. Тезисы докладов семинара г. Москва 20 – 22.11.1995 г.
В. М. Мостков. Дела и Люди. Москва 2001 г.
Мосводоканал. 100 лет канализации Москвы. г. Москва 1988 г.
А. Н. Камеровский. Записки строителя. г. Москва 1972 г.
Н. Б. Люшин и др. Крепость Владивосток. С.-Петербург 2001 г.
А. С. Орлов Секретное оружие третьего Рейха. г. Москва "Наука" 1975г.
В. П. Михайлов Г. А. Назаров. Развитие техники пуска ракет. Москва 1976 г.
И. Дроговоз. Ракетные войска СССР. Москва АСТ. Минск "Харвест" 2005 г.
Теличенко В.И. Зерцалов М.Г. «Современные технологии комплексного освоения подземного пространства мегаполисов» 2010г.
Левченко А.Н. Меркин В.Е. Зерцалов М.Г. Конюхов Д.С. Маковский Л.В. Освоение подземного пространства Москвы на современном этапе: тенденции проблемы перспективы. - Труды международной научно-технической конференции «Основные направления развития инновационных технологий при строительстве тоннелей и освоении подземного пространства крупных мегаполисов». – М.: РИЦ Тоннельной ассоциации России 2011.