Тоннели и метрополитены, история тоннелестроения

Содержание:

• Введение стр2
• История тоннелестроения стр2
• Классификация тоннелей стр5

• Метрополитены . Трасса, подвижной состав, путь и перегонные сооружения метрополитенов стр6

• Тоннели как средство преодоления  препятствий при  трассировании путей  сообщения стр8

• Список  литературы стр10

Введение 
 

Тонне́ль (фр. tonnelle от фр. tonneau — «бочка»; вар.: туннель) — горизонтальное или наклонное  подземное сооружение, имеющее два  выхода на поверхность, сооружаемое  с транспортными и иными целями. 

Тоннель может  быть пешеходным и/или велосипедным, для движения автомобилей или поездов, трамваев, перемещения воды (деривационные тоннели гидроэлектростанций, канализационные коллекторы), прокладки сетей городского хозяйства и т. п. Существуют также так называемые экологические тоннели. Они прокладываются под автомобильными или железными дорогами и служат для того, чтобы звери могли безопасно перемещаться. 

Основная часть  метро также проложена в виде тоннелей (название употребляется традиционно, несмотря на то, что линии метро в большинстве случаев не имеют выходов на поверхность). Чтобы избежать пересечений, линии метро прокладывают на различной глубине (уровне). 

Тоннели строят для преодоления природных препятствий (напр., тоннели под горами), для  сокращения пути (тоннель через гору вместо дороги вокруг), для сокращения времени движения (тоннель вместо паромной переправы). Тоннели под водными преградами часто строят вместо мостов там, где мосты могли бы помешать проходу судов. Также тоннели строят во избежание пересечения разных транспортных потоков на одном уровне (подземные переходы, тоннели вместо железнодорожных переездов, тоннели как часть автомобильных развязок и тому подобное). В некоторых случаях проезды под пролётами мостов тоже называют тоннелями, что, однако, неправильно.

 История тоннелестроения

     Истоки  тоннелестроения, первоначально заключавшегося в создании подземных выработок, уходят в глубокую древность. Задолго  до нашей  эры в Вавилоне, Египте, Греции и Риме подземные работы производились  для добычи полезных ископаемых, сооружения гробниц, храмов и т.п. Позднее тоннели сооружались также для целей водоснабжения и транспорта. Значительные тоннельные работы велись римлянами, создавшими для дорожных, водопроводных и дренажных тоннелей, часть которых сохранилась до нашего времени.

     Развитие  тоннелестроения тесно связано  с развитием орудий и средств  производства. Уровень тоннельной техники  соответствует уровню развития производительных сил. Все древние тоннели сооружались, как правило, в крепких скальных породах, не требующих устройства обделки, причем выработке придавалось сводчатое очертание, соответствующее форме естественных  пещер. Работы выполнялись рабским трудом с помощью кирок, ломов, клиньев, а также огневым способом, заключавшимся в сильном нагревании забоя выработки с последующим охлаждением холодной водой и разборкой растрескавшейся скалы. После падения Римской империи в тоннелестроении, как и в других отраслях человеческой деятельности, наступил период длительного застоя, в течение которого подземные работы производились преимущественно для военных целей.

     В конце средних веков в связи  с расширением международных  связей и стремлением к укорочению торговых путей начинается строительство  судоходных тоннелей, соединявших между  собой водные пути сообщения, разделенные водоразделами. Предпосылкой к строительству тоннелей в этот период явилось применение черного пороха для взрывания скальных пород. Первый судоходный тоннель длиной около 160 м был построен во Франции на Лангедокском канале в 1679 – 1681 гг.

     Толчком для дальнейшего развития тоннелестроения послужило появление железных дорог, требующих малых уклонов и сооружения тоннелей для преодоления высотных препятствий. Первый железнодорожный тоннель длиной  1190 м был построен в 1826 – 1830 гг. в Англии на линии Ливерпуль – Манчестер. Почти одновременно развернулось строительство железнодорожных тоннелей во Франции и других европейских странах.

     Несмотря  на быстрое развитие тоннелестроения, длина тоннелей, сооружавшихся с  помощью ручного бурения и  черного пороха, не превышала 3,5 км.  Уровень техники ограничивал возможности строительства длинных тоннелей. Открытие пироксилина (1845 г.) и динамита (1866 г.), а также успешное применение в горном деле бурильных машин ударно-поворотного действия (1851 г.) произвели технический переворот в тоннелестроении и сделали возможным решение самых трудных задач, стоявших перед тоннелестроителями, - сооружение больших альпийских тоннелей между Францией, Италией и Швейцарией.

     В 1857 – 1871 гг. был сооружен тоннель  Мон–Сенис длиной 12 850 м, соединивший Францию с Италией, в 1872 – 1882 гг.  – тоннель Сен-Готард длиной 14984 м, соединивший Италию со Швейцарией. До начала первой мировой войны было построено 26 тоннелей длиной более 5 км каждый, в том числе самый длинный в мире Симплонский тоннель длиной 19780 м, соединивший Италию со Швейцарией.  Первый из двух однопутных тоннелей – Симплон I – был начат в 1898 г. и закончен в 1906 г., несмотря на исключительные трудности, с которыми пришлось встретиться тоннелестроителям (огромное горное давление, большой приток горячей воды, высокая температура выработки, достигавшая 55 градусов).  Второй Симплонский тоннель был построен лишь к 1921 г.

     Основным  материалом для возведения обделки  тоннелей являлась бутовая кладка на известковом и цементном растворах. Только в 1889 г. для реконструкции тоннелей был впервые применен бетон, с первой четверти двадцатого века получивший широкое распространение в тоннельном строительстве.

     После первой мировой войны масштабы строительства  тоннелей уменьшились, что в известной степени объяснялось завершением к этому времени развития железнодорожной сети в основных странах Европы. Среди построенных в этот период значительных сооружений выделяется самый длинный в мире двухпутный железнодорожный тоннель – Б.Апеннинский на линии Флоренция – Болонья (1920 – 1931 гг., длина 18510 м), имеющий в середине подземную обгонную станцию. В это же время (1927 г.) был закончен Ровский судоходный тоннель длиной 7118 м на водной магистрали Марсель – Рона (Франция), по размерам поперечного сечения являющийся крупнейшим в мире (размеры выработки 24,5 × 17,1 м).

     Наряду  со строительством горных тоннелей развивалось  т строительство тоннелей подводных  сначала на железных, а после первой мировой войны – и на автомобильных  дорогах.

     Строительство подводных тоннелей сделалось возможным благодаря применению тоннельного щита в сочетании со сжатым воздухом для оттеснения воды из выработки и сборной обделкой, составленной из чугунных элементов – тюбингов.

     Тоннельный  щит был впервые применен Брюнелем в 1825 г. при постройке тоннеля под р. Темзой, но получил всеобщее признание лишь после его усовершенствования в 1869 г. Барлоу и Грэйтхэдом. Грэйтхэдом же был впервые успешно применен сжатый воздух для проходки тоннеля Лондонского метрополитена в 1886 г., хотя проходка шахтного ствола под сжатым воздухом была осуществлена Тригером уже в 1839 г.

     Щитовым способом построено большое количество подводных тоннелей, особенно в США. Только в Нью-Йорке имеется 19 крупных  подводных тоннелей, из которых наиболее значительным является Линкольнский тоннель под р. Гудзон, пройденный вдавлением щита в илистый грунт с рекордной скоростью 13,5 м в сутки (наружный диаметр 9,43 м, длина 2495 м, длина подводной части 1397 м). Наиболее длинным подводным тоннелем в мире является построенный в 1936 – 1941 гг. однопутный железнодорожный тоннель под Симоносекским проливом в Японии, имеющий длину 6330 м. Самое большое поперечное сечение среди подводных тоннелей имеет Мерсейский тоннель (Англия), сооруженный в скальных породах полущитом без применения сжатого воздуха (наружный диаметр 14,1 м, длина 3 425 м, длина подводной части 1372 м).

     Широкое распространение при строительстве  подводных тоннелей получило наряду со щитовым способом применение способа  опускных секций, изготавливаемых на берегу и погружаемых в подводную траншею с последующей засыпкой. Этот прогрессивный метод исключает необходимость применения сжатого воздуха, вредного для здоровья рабочих, и обеспечивает сокращение сроков и снижение стоимости строительства. Из тоннелей, сооружаемых способом опускных секций, выделяется транспортный тоннель смешанного пользования под р. Маас (Голландия), построенный в 1938 – 1942 гг. (длина подводной части 1915 м, 21 секция сечением 21,3×10,62 м и длиной 91,2 м).

В 1863 г. пуском первой линии Лондонского метрополитена начался период строительства в крупнейших городах мира метрополитенов, являющихся сложными комплексами подземных сооружений. В настоящее время находится в эксплуатации 33 метрополитена 9В том числе в Москве, Ленинграде и Киеве) и в стадии проектирования  и строительства – 32 метрополитена. Наибольшее  развитее имеет сеть линий Нью-Йоркского метрополитена, имеющая протяжение (в двухпутном исчислении) более 400 км (из них 175 км наземных) с 530 станциями.

Последнюю  четверть века значительный размах получило строительство гидротехнических, коммунальных и специальных тоннелей. Гидротехнические тоннели, получившие широкое распространение в связи со строительством гидроэлектростанций и сооружаемые обычно в крепких скальных породах, имеют рекордные размеры сечений и длины. Так, высота сечения отводящего тоннеля гидростанции Сторнфорс (Швеция) достигает 26,8 м при ширине 15,8 м, тоннель Сноуи – Мерей (Австралия) имеет длину 29,2 км.

В России первые железнодорожные тоннели были построены лишь к 1862 г. (двухпутный Ковенский тоннель длиной 1280 м), что объяснялось равнинным характером европейской части страны и отсутствием необходимости в тоннелях на путях сообщения. Дальнейшее строительство железнодорожных тоннелей связано с освоением окраин России в конце 19 в. Среди многочисленных тоннелей, построенных в этот период на железных дорогах Кавказа, Крыма, Урала и Сибири, наибольший интерес представляет двухпутный Сурамский тоннель (1886 – 1890 гг., длина 3998 м), до настоящего времени являющийся самым длинным горным тоннелем в нашей стране.

В начале 20 в. Развернулась широкое строительство тоннелей в Сибири и на Дальнем Востоке. Среди многочисленных сооружений этого  периода выделяется Хинганский тоннель  на Китайско-Восточной ж. д. длиной 3078 м, средняя скорость постройки которого достигала 205 м в месяц. Ряд двухпутных тоннелей на Дальнем Востоке был сооружен впервые в мире в условиях вечной мерзлоты, что потребовало преодоления больших трудностей, как в период постройки, так и во время эксплуатации.

В первые годы после  Великой Октябрьской социалистической революции проводились работы по завершению строительства тоннелей, начатых до войны.

Новое тоннельное строительство развернулось позднее  в связи с созданием сети гидроэлектростанций  по ленинскому плану ГОЭЛРО. Значительный размах получили тоннельные работы после успешного завершения строительства первой очереди Московского метрополитена (11,6 км), которая была сдана в эксплуатацию в 1935 г. Во время постройки первого в СССР метрополитена были созданы многочисленные кадры советских тоннелестроителей и подготовлена база для развертывания последующего строительства. Рост индустриальной мощи страны способствовал повышению степени механизации тоннельных работ.

Каждая новая  линия Московского метрополитена представляет собой крупный шаг в деле развития советского метростроения и характеризуется внедрением более совершенных конструкций, машин, механизмов, новых технологических процессов, достижением рекордных скоростей проходки тоннелей. На 1 января 1964 г. сеть линий Московского метрополитена имени В.И.Ленина имеет более 116 км тоннелей (в двухпутном исчислении) с 63 станциями.

Богатый опыт московских метростроителей широко использован  и творчески развит при строительстве  Ленинградского имени В.И.Ленина и Киевского метрополитенов, имеющих в эксплуатации соответственно 26,6 км линий с 19 станциями и 9 км линий с семью станциями. Сооружение тоннелей этих метрополитенов характеризуется широким применением механизированных щитов оригинальных конструкций и достижением высоких скоростей проходки.

При строительстве  советских метрополитенов осуществлен  массовый переход от чугунных обделок  к обделкам из сборных железобетонных элементов. За пределами полосы густой застройки широко применяется открытый способ работ, обеспечивающий значительное снижение стоимости тоннелей. Ведется производственная проверка сооружения тоннелей мелкого заложения специальным прямоугольным щитом с укладкой обделки из секций замкнутого сечения. Успешно ведется строительство тоннелей мелкого заложения кругового очертания без нарушения поверхности, щитовым способом. Применение щитов с горизонтальными площадками, внедряемых в песчаные грунты, обеспечило рекордные скорости сооружения перегонных тоннелей.

Одновременно  со строительством метрополитенов в большом масштабе велись работы по сооружению тоннелей все6х видов.

Большое развитие получило строительство гидротехнических тоннелей гидроэлектростанций, общее  протяжение которых к 1962 г. достигло 150 км.