ТОННЕЛИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЕ

Начало строительства железнодорожных тоннелей относится к концу 50-х годов прошлого столетия.

С 1859 г. велась проходка двухпутных железнодорожных тоннелей длиной 427 м у Вильны и 1280 м около Ковно. Они отличались большим для того времени поперечным сечением. Здесь рационально осуществили систему ряда промежуточных шахт. Руководил работами инженер-подполковник Корпуса путей сообщения Г. Ф. Перрот . Он впервые применил оригинальные способы определения давления и статического расчета тоннельной обделки, позволившие сделать значительный шаг вперед от господствовавшего эмпирического метода проектирования.

В 1872-1874 гг. ввели в эксплуатацию шесть двухпутных железнодорожных тоннелей общим протяжением 2012 м, наибольший из них имел длину 610 м. Тоннели проходили через массив нуммулитовых известняков и белых бартонских мергелей. Внутреннее очертание тоннелей соответствовало породам средней крепости. Все тоннели, кроме одного, имели каменную обделку из бутовой кладки.

В 1874-1879 гг. на Пермской железной дороге построили шесть коротких однопутных тоннелей в условиях слабых пород с небольшим боковым давлением. В 1886 г. началась проходка длиннейшего в стране Сурамского перевального железнодорожного тоннеля , сыгравшего большую роль в развитии тоннелестроения. Его длина составила 4 км. Он сооружался под руководством инженеров Ф. Д. Рыдзевского , Ф. Ф. Даратана и К. Н. Симберга . Над составлением инженерно-геологического прогноза условий проходки тоннеля много потрудился академик Ф. Ю. Левинсон-Лессинг . На основе созданной им теории была предсказана ожидаемая температура грунта с точностью до 1 градуса.

При составлении проекта Сурамского тоннеля проф. Л. Ф. Николаи разработал и впервые применил расчет свода обделки как упругого тела. Обделка коробового очертания осуществлялась применительно к слабым породам. При проходке применялись бурильные машины. Открытый в 1890 г. тоннель позволил более чем вдвое увеличить вес поездов и провозную способность участка.

В 1895-1896 гг. в Закавказье пробили еще несколько больших тоннелей. Наибольший из них имел длину 1705 м.

На Китайско-Восточной дороге в 1890-1904 гг. сооружено девять двухпутных тоннелей общим протяжением 4310 м, в их числе Хинганский , пересекавший одноименный хребет. Этот тоннель длиной 3077 м, спроектированный под два пути с уклоном 12*/оо, проходил главным образом в гранитах, местами сильно выветренных, имевших много трещин. Работы по его сооружению начались осенью 1901 г. Благодаря устройству железнодорожных подъездных путей строительство обеспечивалось всем необходимым оборудованием. Направляющая штольня пробивалась бурильными колонковыми перфораторами, что ускоряло проходку. Из-за чрезвычайной крепости гранитов при бурении приходилось держать давление воздуха не менее 7 атм.

Разработка тоннеля велась способом опертого свода. Четкая организация работ позволила закончить нижнюю штольню в октябре 1902 г., а верхнюю - в феврале следующего года. Через полгода была полностью завершена кладка сводов. Первоначальный одиночный путь укладывался посредине тоннеля, с учетом возможности устройства второго пути.

Обделка возводилась из бутового гранитного камня кольцами длиной от 6 до 12 м, между которыми оставлялись зазоры в 3 см.

Вода отводилась посредством отверстий в обделках, сообщавшихся с сухой забутовкой между обделкой и породой. Посредине тоннеля проходил водоотводный канал, стенки которого при однопутной колее служили основанием для продольных брусьев под шпалы.

Общая строительная стоимость тоннеля составила около 4,8 млн. руб. Его сдали в эксплуатацию 18 февраля 1904 г. Несмотря на сложные горногеологические условия и удаленность от промышленных центров, Хинганский тоннель прошли и обустроили всего за 2,5 года. Такой успех свидетельствовал о высоком уровне техники тоннелестроения и самоотверженной работе его создателей, в частности руководителя стройки Н. Н. Бочарова .

Следующим важным этапом в развитии тоннелестроения явилось создание серии тоннелей на Кругобайкальской дороге . Здесь руководили работами Б. У. Савримович и К. Н. Симберг . Строителям пришлось преодолевать громадные трудности, связанные с тяжелыми топографическими и геологическими условиями, характерными для южного берега Байкала. Тем не менее за период 1902-1904 гг. было построено 39 двухпутных тоннелей. Они проходились преимущественно в массивных кристаллических породах, состоявших из гранитов и гнейсов различной крупности зерна.

В невыветривающихся скальных породах выработка оставалась без обделки, во всех других случаях применялась бутовая кладка горизонтальными рядами с тщательной околкой лицевой поверхности. В слабых породах кладка выполнялась из камня грубой тески. 30 тоннелей имели обделку типа Сурамского тоннеля, а остальные 9 - параболического очертания, разработанную Управлением строительства Кругобайкальской дороги. На некоторых участках, вследствие одностороннего бокового давления, применялась несимметричная тоннельная обделка.

Чтобы защитить полотно дороги от обвалов со склонов гор, возвели 47 каменных галерей общим протяжением около 2 км.

Тоннели сооружались главным образом методом опертого свода и лишь в неустойчивых породах - методом полностью раскрытого профиля. Вследствие большого количества трещин и громадных скоплений обломков при раскрытии профиля нередко происходили вывалы породы. Они наблюдались как во время разработки верхней части профиля, так и в процессе подведения стенок обделки. Протяженность вывалов местами достигала 10 м.

На строительстве широко применялось механическое бурение скважин как электрическими, так и пневматическими молотками.

При постройке Амурской дороги от ст. Куэнга до Хабаровска многие пересекавшие трассу водоразделы преодолевались тоннелями, достигавшими порой длины 2 км.

Среди тоннелей, сооруженных в рассматриваемый период, следует отметить Керакский , Архаринский , Тамарчуканский и Лarap-Аульский , построенные под руководством А. В. Ливеровского . Тоннель у ст. Облучье впервые в мировой практике сооружен в вечномерзлых грунтах . Его проходкой руководил инж. А. Н. Пассек .

Все тоннели Амурской дороги были двухпутными. Обделка выполнялась по типу Сурамского тоннеля . При необходимости портальные участки осушались системой дренажных штолен и шахт-колодцев. Так как поверхность пересекавшихся горных массивов была, как правило, заболоченной и лесистой, то над осью тоннеля на ширину 50 м лес сплошь вырубался и устраивалась система водоотводных канав.

В 1900-1917 гг. строительство тоннелей велось также на Урале, Кавказе и в других регионах. На линии Армавир-Туапсе было сооружено три кольцевых тоннеля, причем один из них протяженностью 986 м; на линии Казань-Свердловск - пять однопутных тоннелей, в том числе один длиной свыше 2 км. Тоннель на железнодорожной линии Мерефа-Херсон возле Екатеринослава имел протяженность 851 м.

Одновременно со строительством тоннелей велись научные исследования в этой области. Они охватывали прежде всего вопросы устройства тоннельных обделок и определения основной действующей нагрузки - горного давления.

В 1908 г. проф. М. М. Протодьяконов предложил гипотезу разгружающего свода. Рассматривая горные породы как сыпучие тела, обладающие связью между частицами, он вывел уравнение, определяющее высоту свода обрушения в зависимости от пролета выработки и коэффициента крепости пород. Рекомендациями М. М. Протодьяконова пользуются до сих пор на стадии предварительного проектирования тоннельных обделок.

К этому же времени относятся первые опыты по определению на моделях оптическим методом наивыгоднейшего очертания поперечного сечения железнодорожных тоннелей. В 1915 г. в лаборатории Петроградского политехнического института под руководством академика Ф. Ю. Левинсона-Лессинга на специально сконструированной установке исследовали несколько форм поперечных сечений тоннелей - как укрепленных обделкой, так и необлицованных. Обделка моделировалась из целлулоида большой толщины. Опыт постройки обделок показал, что они хорошо работают в крепких породах, не формирующих бокового давления. Для слабых пород более рациональным оказался тип обделки Сурамского тоннеля.

Большой интерес представляют исследования, проведенные при проектировании обделок тоннелей на Уссурийской дороге - двухпутного Кипарисовского и однопутного на ветви Первая Речка-Владивосток . Первый тоннель длиной 820 м проходил в глинистых сланцах различной крепости; второй длиной 1275 м прорезал более твердые породы с прослойками глины. Для выбора рационального очертания обделок пользовались известным исследованием проф. С. И. Белзецкого "Рациональные формы сплошных упругих арок". Поскольку пространство между обделкой и породой заполнялось щебенкой слоем не менее 0,2 м, было сделано допущение, что нагрузка на свод действует сплошным образом, тем самым вопрос сводился к проектированию арок, поддерживающих сыпучий массив. Для этого случая ученый и дал решение.

В заключение отметим, что все железнодорожные тоннели, сооруженные в России в различное время, сохранились и успешно эксплуатируются в настоящее время.

Ссылки: