«Ольга», «Татьяна», «Катя» и «Елизавета»: железные «леди» роют метро

«Ольга», «Татьяна», «Катя» и «Елизавета»: железные «леди» роют метро
Фото: Пресс-службы Мэра и Правительства Москвы. Евгений Самарин
Московское метро в самом начале 1930-х годов строили вручную. В распоряжении метростроевцев были кирка, лопата и вагонетка. Сегодня в арсенале строителей самые передовые технологии. Тоннели прокладывают специальные машины — тоннелепроходческие механизированные комплексы, или щиты.

Строительство тоннелей всегда было чрезвычайно сложной инженерной задачей. Проходчиков ждут твёрдые каменистые грунты, мягкие глины и сыпучие пески, водоносные слои, способные затопить пространство под землёй за считаные минуты.

Проходка тоннелей «по-лондонски» и «по-московски»

Упростить подземное строительство помог проходческий щит, который изобрёл в начале XIX века английский инженер Марк Брюнель. По легенде, во время службы на флоте он увидел, как корабельный червь головой, покрытой жёсткой раковиной, буравил дерево, оставляя за собой на стенках хода гладкий защитный слой извести. Взяв за основу этот принцип, Брюнель запатентовал проходческий щит, который проталкивают под землёй домкратами.

Узнав о существовании машины, которая может упростить прокладку тоннелей, российский император Александр I обратился к английскому инженеру с просьбой спроектировать тоннель под Невой в Санкт-Петербурге. Однако в России Марку Брюнелю поработать не удалось: император в конечном итоге решил построить в намеченном месте мост.

В 1825 году с помощью щита начали прокладывать тоннель под Темзой. Грунт выбирали одновременно 36 шахтёров, каждый из которых работал в отдельной ячейке. После выемки породы щит сдвигали на несколько сантиметров вперёд. Непростой работе мешала постоянно просачивающаяся вода — Темза протекала всего в нескольких метрах от свода тоннеля.

Несмотря на все трудности, строительство завершилась триумфом. В первый же день после открытия тоннеля под Темзой через него прошли 15 тысяч человек. С тех пор Великобритания заслуженно считается пионером щитовой проходки, а сам метод получил название «лондонский».

В Москве такой щит впервые использовали в 1934 году на сложном участке первой очереди метро между Театральной площадью и Лубянкой. Машину закупили у англичан. Иностранным консультантом пригласили американского инженера Джорджа Моргана. Он заявил, что щит не может проходить больше 75 сантиметров в сутки. Вопреки утверждениям Моргана, столичные метростроевцы увеличили скорость более чем в пять раз. За сутки они преодолели более четырёх с половиной метров.

Германские Herrenknecht, канадские LOVAT и американские Robbins

Сегодня скорость строительства тоннелей стала выше в десятки раз. Их прокладывают ультрасовременные оборудованные машины: германские щиты Herrenknecht, канадские машины LOVAT и американские Robbins. Длина комплексов может составлять сто метров и весить от 150 тонн. Именно поэтому на стройплощадку их привозят по частям. Собирают машину прямо на месте в специально подготовленном котловане или монтажной камере, размеры которой сопоставимы с футбольным полем — 60 на 70 метров. Свой подземный путь щит завершит в такой же камере, где его разберут и отправят на строительство нового тоннеля.

Одна из самых трудоёмких операций по сборке тоннелепроходческого комплекса была при строительстве станции метро «Деловой центр». Из-за недостатка места нельзя было оборудовать наземную монтажную камеру для щита длиной 93 метра. В итоге машину монтировали на небольшом пятачке размером 20 метров шириной и восемь метров длиной, опуская кольцо за кольцом под землю.

Ювелирная работа: отклонение не больше восьми миллиметров

Щиты не только роют подземный коридор, но и укрепляют его, оставляя за собой готовый тоннель. Своды формируются из чугунных тюбингов весом 2,5 тонны. Готовое кольцо тоннеля состоит из шести тюбингов. После того как подземный ход полностью готов, строители укладывают рельсы и подводят инженерные сети.

Движение машины вперёд обеспечивают домкраты. Обычный перегон между станциями составляет 2–2,5 километра. Поезд метро проходит это расстояние за три минуты, а тоннелепроходческий комплекс преодолевает за сутки 12 метров. Пройти при строительстве тоннеля 350 метров в месяц считается у строителей хорошим показателем.

Путь под землёй прокладывается точнейшей навигационной электроникой. С её помощью машинист щита сверяет координаты маршрута. При этом, как уверяют специалисты, проходческий комплекс может отклониться от заданных параметров максимум на восемь миллиметров.

Машины работают круглосуточно, не останавливаясь ни на минуту. Строители трудятся в три смены. В сутки один щит обслуживают около 30 человек. Среди них машинист, его помощник, слесарь, электрик, два укладчика и другие специалисты.

«Ледяные заборы» и рассольная заморозка

Самый коварный враг проходчиков подземных тоннелей и шахт — плывуны. Это массы почти пылеобразного песка с примесью глины, как губка, пропитанного водой.

Ещё в 30-е годы прошлого века, столкнувшись с непростыми гидрогеологическими условиями, столичные метростроители применили так называемую рассольную систему заморозки грунта. Она состоит в том, что место работ с помощью холодильных машин отгораживают от водоносного грунта стеной из мерзлоты. Замороженный грунт в один-два метра толщиной при температуре минус 12 градусов способен выдерживать давление подземных пород и противостоять грунтовым водам. При заморозке применяют охлажденный водный раствор хлористого кальция — рассол, отсюда и название.

Более современный способ — низкотемпературное замораживание с использованием жидкого азота. С его помощью укрепляли ненадёжный грунт при строительстве тоннеля от «Парка Победы» до «Ломоносовского проспекта».

Однако оба этих способа в последнее время применяются довольно редко. Жидкий азот — удовольствие дорогое. К тому же на заморозку грунта уходит более месяца. Поэтому такую технологию сегодня используют при проходке наклонных эскалаторных тоннелей.

Для прочих случаев разработали более совершенную и экономичную технологию струйной цементации грунтов, или jet grouting. Это метод, основанный на одновременном разрушении и перемешивании грунта высоконапорной струёй цементного раствора. В результате в грунте образуются твёрдые цилиндрические колонны диаметром 600–2000 миллиметров.

«Драгоценные» инструменты и столичные ноу-хау

Головная часть тоннелепроходческого щита (ротор) оснащена специальными резцами. С их помощью щит вгрызается в породу, прокладывая себе путь. Грунт поступает в специальные породоприёмные карманы, из которых при помощи конвейера породу грузят в вагонетки и отправляют на поверхность. Вагонетки к щиту ходят по временным рельсам. Грунт сразу вывозят. Для этого в сутки на один работающий щит требуется около 30 грузовиков.

Конструкция ротора и фрез различается для разных типов разрабатываемой породы. Так, для песчаных грунтов применяют небольшие ковши с отверстиями, а для скалистых участков — грубые вращающиеся фрезы и алмазные рабочие свёрла. Изначально их использовали для сверления железобетона и других строительных материалов. Но они оказались настолько удобными, что пригодились для сложных горнопроходческих работ в скальном грунте. Алмазным свёрлам под силу материал любой твёрдости. Они могут делать отверстия в любой плоскости и под любым углом. При этом «драгоценные» инструменты значительно повышают уровень безопасности и скорость проходки.

У московских метростроителей есть свои ноу-хау. Они первыми в мире с помощью проходческих щитов стали прокладывать тоннели под эскалаторы. Так, по заказу Мосметростроя канадская фирма LOVAT разработала и изготовила тоннелепроходческий комплекс с наружным диаметром 11 метров. Именно благодаря ему впервые была совершена щитовая проходка тоннеля для эскалаторов на станции «Марьина Роща» Люблинско-Дмитровской линии метро.

«Ольга», «Татьяна», «Катя» и «Елизавета»: «леди» на стройке

Все тоннелепроходческие щиты получают женские имена. Эта традиция пришла из Канады. Ричард Ловат, основатель всемирно известной канадской фирмы, которая производит тоннелепроходческие щиты LOVAT, решил, что все комплексы его бренда будут носить женские имена в честь покровительницы подземных работ святой Барбары. Поэтому метро в столице строят не бездушные машины, а «Катя», «Полина», «Елизавета», «Светлана» и другие железные «леди».

«Ольга» и «Татьяна» сейчас работают на Калининско-Солнцевской линии, где с их помощью вели прокладку левого и правого перегонных тоннелей между станциями «Очаково» и «Мичуринский проспект» — на самом длинном участке жёлтой ветки метро. Несмотря на сложные геологические условия и насыщенные влагой грунты, отрезок длиной более 2,8 километра проходчики сдали на несколько месяцев раньше запланированного срока. Для «Ольги» это был уже не первый подземный маршрут на юго-западе столицы. Раньше она участвовала в сооружении двух перегонных тоннелей на продлении Сокольнической линии в сторону «Саларьева» в ТиНАО, а до этого помогала строить тоннель между станциями «Солнцево» и «Боровское шоссе».