Вопреки тому, во что вас уверяют суперзлодеи или люди-кроты, требуется нечто большее, чем гигантская машина, чтобы проложить тоннель через миллионы тонн грязи и воды, но иметь такую машину не помешает.
Тем не менее, на протяжении большей части нашей истории рытья туннелей нам удавалось обходиться изобретательностью. Люди начали рыть туннели с тех пор, как первые обитатели пещер решили выкопать запасную спальню, а основы копания, поддержки и продвижения были хорошо усовершенствованы к тому времени, когда древние греки использовали туннели для орошения и осушения своих сельскохозяйственных угодий.
Подводные туннели тоже на удивление старые. Где-то между 2180 и 2160 годами до нашей эры вавилоняне построили один из первых известных примеров, отклонив реку Евфрат. Туннель длиной 3000 футов (900 метров), облицованный кирпичом и поддерживаемый аркой, размером 12 футов в высоту и 15 футов в ширину (4 метра на 5 метров), обеспечивал проход для пешеходов и колесниц между королевским дворцом и храмом..
На протяжении веков туннели использовались в основном шахтерами и средневековыми саперами, которые рыли под стенами замка, чтобы обрушить их (отсюда и термин «подкопать»), но появление канального транспорта, а позже и железных дорог, дало рабочих что-то новое, во что можно погрузить свои лопаты. В 18, 19 и 20 веках была череда все более сложных проектов туннелей, которые стали возможными благодаря значительным улучшениям в методах съемки и вентиляции. Тем не менее, опасность и затраты задержали попытки прокладки подводных туннелей до середины 1800-х годов.
В связи с чем возникает вопрос: если прокладка подводных туннелей рискует вырыть себе могилу в буквальном или финансовом смысле, зачем беспокоиться? Многие градостроители соглашаются с этим, обращаясь к туннелям только тогда, когда перегруженные мосты становятся непроходимыми. Тем не менее, мосты тоже проблематичны. Они мешают судоходству, занимают ценную прибрежную собственность и загораживают живописные виды. С точки зрения обороны, мосты являются легкой мишенью для авиаудара и могут представлять опасность, если они обрушатся.
Туннели, наоборот, выдерживают приливы, течения и штормы лучше, чем мосты, могут преодолевать большие расстояния и имеют практически неограниченную грузоподъемность. Кроме того, стоимость туннеля в расчете на длину падает по мере его увеличения, тогда как для мостов верно обратное. В то время как туннели требуют больших первоначальных инвестиций, мосты компенсируют разницу в затратах на техническое обслуживание.
Но давайте без узкого зрения. Нет никаких сомнений в том, что проходы под землей и морем сталкиваются с особыми уязвимостями и проблемами безопасности. Пожары и аварии представляют серьезную угрозу в туннелях, поэтому в железнодорожных туннелях есть перекрестки, по которым поезда могут менять пути, а также служебные туннели, которые могут служить путями эвакуации в случае чрезвычайной ситуации.
Звучит устрашающе, но подводные туннели настолько обыденны, что мы редко задумываемся о больших опасностях и экстремальных методах строительства, которых требуют эти современные чудеса.
Мост (Под) Мутными Водами
При изучении любого экстраординарного строительного проекта сразу же возникает несколько вопросов: какое предложение считается самым большим, самым глубоким или самым опасным для строительства? С подводными туннелями эти вопросы не поддаются простым ответам. Города и страны постоянно заказывают новые проекты. Что касается жизненных показателей, то дьявол кроется между деталями и глубоким синим морем.
Например, тоннель Сейкан, соединяющий японские острова Хонсю и Хоккайдо, в настоящее время является рекордсменом по самому длинному и глубокому подводному железнодорожному тоннелю. Япония начала планировать его после того, как тайфун 1954 года потопил пять паромов в опасном проливе Цугару, в результате чего погибло 1430 человек.
Сейканский туннель, построенный в 1988 году, простирается на 33,5 мили (54 километра) и достигает глубины 787 футов (240 метров), но его подводная часть протяженностью 14,5 миль (23,3 километра) ничтожно мала по сравнению с Ла-Маншем. Тоннель, или туннель, между Великобританией и Францией. Завершенный в 1994 году, подводная часть канала составляет 24 из 31 мили (38,6 из 50 километров), но погружается всего на 246 футов (75 метров) в глубину.
Что касается турок, то оба туннеля полностью мокрые по сравнению с их туннелем Мармарай стоимостью 3,3 миллиарда долларов, наконец, открытым для публики в 2013 году. Это 8,25 миль (13,2 км) железнодорожного перехода, включая 4600 -футовый (1400-метровый) участок морского дна Босфора, соединяющий азиатскую и европейскую половины Стамбула, что делает его первым железнодорожным туннелем, соединяющим два континента.
Что такого хорошего в подводном туннеле длиной менее мили по сравнению с многокилометровыми туннелями Сейкан и Ла-Манш? Это разница в подходе: в то время как его предшественники соответственно взрывали и бурили проходы в сплошной скале, туннель Мармарай был собран по частям в траншее вдоль дна Босфора, что делает его самым длинным и самым глубокимпогружением. когда-либо построенный туннель. Инженеры выбрали это решение, в котором используются предварительно собранные секции, соединенные толстыми, гибкими, армированными резиной стальными пластинами, чтобы лучше противостоять региональной сейсмической активности.
На какое-то время культурные и исторические артефакты, найденные в старом городе Стамбула, замедлили ход раскопок тоннеля Мармарай, поэтому тоннель Эресунн протяженностью 2,2 мили (3,6 км), соединяющий Швецию и Данию, оставался самым большим тоннелем с погруженными трубами в истории. построен. Подрядчики построили его из 20 элементов размером 577 футов (176 метров) каждый, каждый из которых собран из восьми меньших секций по 72 фута (22 метра).
Между затопленными туннелями, такими как Marmaray и Øresund, и скучными туннелями, такими как Chunnel, мы почти покрыли набережную. Но давайте углубимся в каждый из них и рассмотрим еще один метод туннелирования, используемый с начала 19 века.
Вы называете это туннелем?
Туннель технически представляет собой проход, вырытый полностью под землей. Многие из подземных труб, которые мы считаем туннелями - метро, канализационные и водопроводные линии - технически являютсяканалами, потому что они требуют временного удаления вышележащих материалов. Туннели опасны, утомительны и дороги в строительстве, поэтому, имея дело с рыхлой грязью и относительно неглубокими проектами, инженеры часто выбирают этот более дешевый и эффективный подходвырезать и укрыть..
Корабельные черви необычного размера
Самый старый способ прокладки туннелей под водой без отвода воды над водой известен кактуннельный щит, и инженеры используют его до сих пор.
Щиты решают распространенную, но неприятную проблему, а именно, как прорыть длинный туннель в мягкой земле, особенно под водой, без разрушения передней кромки.
Чтобы понять, как работает щит, представьте себе банку из-под кофе без крышки с заостренным дном, в котором есть несколько больших отверстий. Теперь, взявшись за открытый конец, втолкните банку дном вперед в мягкую землю и наблюдайте, как грязь выдавливается через отверстия. В масштабе настоящего щита несколько людей (по прозвищу «грязные» и «песчаные кабаны») стояли внутри отсеков внутри «банки» и удаляли глину или песок по мере продвижения щита. Гидравлические домкраты постепенно перемещали щит вперед, а за ним бригады устанавливали металлические опорные кольца, а затем облицовывали их бетоном или каменной кладкой; Британская энциклопедия; Браун].
Чтобы сдержать просачивание воды из стен туннеля, передняя часть туннеля или щита иногда герметизируется сжатым воздухом. Рабочие, которые могут выдерживать в таких условиях только короткие периоды времени, должны пройти через один или несколько шлюзов и принять меры предосторожности против болезней, связанных с давлением.
Защитные экраны все еще используются, особенно при прокладке инженерных коммуникаций или водопроводных и канализационных труб. Несмотря на то, что они трудоемки, они стоят лишь в несколько раз дешевле своих гигантских собратьев,туннелепроходческих машин (ТБМ)..
ТБМ - многоэтажная машина разрушения, способная прогрызать твердые породы. В его передней части вращаетсярежущая головка, гигантское колесо, усеянное камнеразрушающими дисками и оснащенное системой совков, чтобы поднимать отбитый камень и сбрасывать его на отходящую конвейерную ленту. За режущей головкой вращаетсямонтажныйвращающийся узел, который строит обделку туннеля в кильватерном следе ТБМ. В некоторых крупных проектах, таких как Канал, отдельные ТБМ будут начинаться на противоположных концах и буриться к центральной точке, используя сложные методы съемки, чтобы удерживать их на курсе.
При бурении сплошной породы создается в значительной степени самонесущий туннель, и ТБМ продвигаются вперед быстро и безжалостно (некоторые туннельные машины могут бурить 250 футов или 76 метров в день). С другой стороны, ТБМ ломаются чаще, чем подержанный Jaguar, и плохо справляются с изношенной, расколотой или сильно трещиноватой породой, поэтому они не так быстры, как о них мечтают.
К счастью, ТБМ и щиты - не единственная игра в городе.
Прорыв Брюнеля
Тоннельный щит был изобретен инженером Марком Изамбардом Брунелем, который был вдохновлен наблюдением за корабельным червем (морским двустворчатым моллюском), который пробивает древесину пластинами панциря и выбрасывает опилки на своем пути. Используя свое устройство, он успешно прорыл туннель под лондонской рекой Темзой с 1825 по 1843 год, выдержав два прорывных наводнения и семилетнее закрытие, когда иссяк денежный поток проекта. Брюнель и его сын проводили в туннеле почти каждый час бодрствования, часто вынуждены работать с лодки. Сообщается, что штамм привел к его смерти несколько лет спустя.
Пусть это утонет
Сооружение опоры из стали и каменной кладки при одновременном копании рыхлой земли или твердой породы - это не пикник, но попытка сдержать море под водой - это то, на что даже Моисей не решился бы. К счастью, благодаря американскому инженеру У. Дж. Уилгусу и его изобретениюзатонувший-илитуннель с погружной трубой(ITT), нам это не нужно.
ITT не скучают сквозь камни или почву; они собираются на месте из предварительно изготовленных деталей размером с футбольное поле. Уилгус впервые применил эту технику, когда построил железнодорожный туннель через реку Детройт (1906-10), соединяющий Детройт, штат Мичиган, с Виндзором, Онтарио, и с тех пор они стали популярным методом для автомобильных туннелей. Ведь только за ХХ век было построено более 100 таких тоннелей.
Чтобы сделать каждый сегмент туннеля, рабочие собирают 30 000 тонн стали и бетона - этого достаточно для 10-этажного жилого дома - в массивной форме, а затем дают бетону высохнуть в течение почти месяца. Формы содержат пол, стены и потолок туннеля и изначально закрыты на концах, чтобы сохранить их водонепроницаемыми при транспортировке в море. Погружные понтоны, большие корабли, напоминающие нечто среднее между козловым краном и понтонным катером, выполняют перевозку.
Оказавшись над предварительно вырытой морской траншеей, каждая секция туннеля затапливается настолько, что может затонуть. Кран медленно опускает секцию на место, в то время как дайверы направляют ее точно по GPS-координатам. Когда каждая новая секция соединяется с предыдущей, массивная резиновая деталь на ее конце сжимается и растягивается, создавая уплотнение. Затем экипажи снимают уплотнения переборок и откачивают оставшуюся воду. После того, как весь туннель построен, его засыпают обратной засыпкой и, возможно, покрывают каменной броней.
Конструкция с погружной трубой может быть глубже, чем другие подходы, потому что этот метод не требует сжатого воздуха для удержания воды в узде. Поэтому бригады могут работать в них дольше и в более терпимых условиях. Причем ИТТ может принимать любую форму, в отличие от пробуренного туннеля, повторяющего форму своего щита или ТБМ. Однако, поскольку ITT составляют только часть туннельной системы, расположенную на морском дне или дне реки, им требуются другие методы проходки туннелей для проходки их наземных входов и выходов. В подводном туннелировании, как и в жизни, нужны все виды.
Трансатлантический туннель: ура или фу?
Если бы мы попытались построить трансатлантический туннель, о котором давно мечтали, вероятным подходом была бы плавучая погружная труба, привязанная на идеальной глубине 150 футов (45,7 метра) тросами с регулируемым натяжением. Конечно, для такого проекта потребуется около 54 000 секций размером с футбольное поле, что эквивалентно годовому объему производства стали в мире, и 225 бетонных заводов, работающих 24 часа в сутки в течение 20 лет. Это еще до того, как вы доберетесь до триллионов долларов, тысяч рабочих и множества роботов и подводных лодок, которые потребуются для строительства в опасных условиях открытого моря, не говоря уже о проблемах безопасности, связанных с морским движением и сейсмическими явлениями.
Примечание автора: как построить подводный туннель?
При написании этой статьи я смог лишь коснуться основ строительства подводных тоннелей, что является несправедливостью, сравнимой с приравниванием обезвреживания бомбы к программированию видеорегистратора. В действительности связанные с этим опасности и точность, необходимая при строительстве подводного туннеля, просто ошеломляют. Раскопки и строительство этих современных чудес требуют не что иное, как постоянная бдительность, острая способность приспосабливаться и мельчайшие приспособления к меняющимся условиям, не говоря уже об осторожности, которую должны проявлять рабочие и дайверы..
Об этом стоит подумать в следующий раз, когда вы окажетесь в подводном туннеле. Возможно, это отвлечет вас от миллионов тонн земли или воды, давящих вниз, или, если вы находитесь в японском туннеле Сэйкан, от звука воды, журчащей сквозь стены, которая будет откачиваться насосами со скоростью 20 тонн в минуту.