Тоннель

Тоннель — это подземное или подводное инженерное сооружение, предназначенное для прокладки транспортных путей, линий коммуникаций, водоводов, а также для размещения производственных и оборонительных объектов. Тоннели относятся к категории подземных сооружений и отличаются от шахт (горных выработок) тем, что их длина, как правило, значительно превышает ширину и высоту, а основное назначение — обеспечение сквозного прохода или проезда. В отличие от мостов, тоннели не прерывают рельеф, а проходят сквозь препятствия (горы, водные преграды, городскую застройку).

История

Древний мир и античность

Первые тоннели появились в эпоху неолита и использовались для добычи кремня и других полезных ископаемых. Однако целенаправленное строительство тоннелей для водоснабжения и транспорта началось в древних цивилизациях. В Древнем Египте и Месопотамии сооружались водоводные тоннели (например, тоннель под Евфратом в Вавилоне, VI век до н. э.). В Древней Греции известен тоннель Эвпалиноса на острове Самос (VI век до н. э.) — водопровод длиной около 1 км, пробитый в известняке.

В Древнем Риме тоннели строили для дорог и акведуков. Наиболее известен тоннель длиной около 5,6 км, пробитый в скале близ Неаполя (Крипта Неаполитанская, I век до н. э.). Римляне применяли метод «противовстречной проходки» — с двух сторон горы, что требовало высокой точности геодезических измерений.

Средневековье и Новое время

В Средние века тоннели сооружались в основном в крепостях (подземные ходы, потерны) и для горного дела. С развитием горного дела в XVI–XVII веках в Европе (Гарц, Рудные горы) появились водоотливные и транспортные штольни. В России первые тоннели были построены при Петре I: в 1703 году — подземный канал в Петергофе для фонтанов, а также штольни для добычи руды на Урале.

Настоящий прорыв произошёл в XIX веке с началом железнодорожного строительства. Первый железнодорожный тоннель в мире — Ливерпульский (1829 год, Англия, длина 1,2 км). В России первый железнодорожный тоннель был построен в 1862 году на Московско-Нижегородской железной дороге (Ковровский тоннель, длина 315 м). Крупнейшим проектом XIX века стал Сен-Готардский тоннель в Швейцарии (1882 год, длина 15 км), пробитый в Альпах.

XX век и современность

В XX веке тоннели стали неотъемлемой частью городской инфраструктуры (метрополитены, автодорожные тоннели). Первый в мире метрополитен открылся в Лондоне в 1863 году (линия длиной 6 км, частично в тоннелях). В СССР строительство тоннелей получило развитие в 1930-е годы: Московский метрополитен (первая линия — 1935 год), тоннели на БАМе, Северомуйский тоннель (завершён в 2003 году, длина 15,3 км — самый длинный в России).

Современные технологии (тоннелепроходческие комплексы, щиты, набрызг-бетон) позволяют строить тоннели длиной в десятки километров. Самый длинный в мире — Готардский базисный тоннель в Швейцарии (57 км, открыт в 2016 году).

Классификация

По назначению тоннели делятся на:

• Транспортные — железнодорожные, автодорожные, метрополитены, пешеходные, судоходные.
• Гидротехнические — водоводы, водосбросы, тоннели ГЭС.
• Коммуникационные — для прокладки кабелей, трубопроводов (газ, нефть, тепло).
• Горнопромышленные — штольни, квершлаги, транспортные тоннели шахт.
• Специального назначения — оборонительные (бункеры, командные пункты), научные (ускорители частиц, обсерватории), тоннели для захоронения отходов.

По расположению относительно земной поверхности:

• Горные — проходят в толще горного массива.
• Подводные — под руслами рек, морскими проливами (например, тоннель под Ла-Маншем).
• Городские (подземные) — в черте города, часто в мягких грунтах.

По способу строительства:

• Открытым способом — котлован с последующей засыпкой (мелкого заложения).
• Закрытым способом — проходка в массиве без вскрытия поверхности (горный способ, щитовой, буровзрывной).
• Погружным способом — секции тоннеля изготавливаются на поверхности, затем опускаются на дно водоёма (подводные тоннели).

Устройство и конструкция

Тоннель состоит из следующих основных элементов:

• Обделка — постоянная конструкция, воспринимающая давление грунта и воды. Выполняется из бетона, железобетона, чугунных тюбингов, стальных сегментов. В скальных породах обделка может отсутствовать (крепление анкерами и торкрет-бетоном).
• Порталы — входные и выходные части тоннеля, укрепляющие откосы и обеспечивающие сопряжение с дневной поверхностью.
• Вентиляция — системы принудительной или естественной вентиляции для удаления выхлопных газов (в автодорожных тоннелях) и подачи свежего воздуха.
• Освещение — стационарное и аварийное, адаптированное к условиям въезда/выезда.
• Дренаж — система отвода грунтовых и просачивающихся вод.
• Служебные проходы и ниши — для обслуживания и эвакуации.

В современных тоннелях также предусматриваются системы пожаротушения, связи, автоматического управления движением.

Строительство

Основные этапы строительства тоннеля:

1. Инженерно-геологические изыскания — бурение скважин, сейсморазведка, определение свойств грунта.
2. Проектирование — выбор трассы, способа проходки, конструкции обделки.
3. Проходка — разработка грунта. Методы:

• Буровзрывной (в скальных породах).
• Щитовой (с использованием тоннелепроходческих комплексов — ТПМК, «щитов»).
• Комбайновый (проходческими комбайнами).

1. Крепление и возведение обделки — одновременно с проходкой или после неё.
2. Гидроизоляция — нанесение мембран, обмазочных материалов.
3. Обустройство — монтаж вентиляции, освещения, дорожного покрытия, систем безопасности.

Современные ТПМК (например, «Геркулес» в Москве) позволяют проходить до 10–15 метров в сутки в мягких грунтах. Для подводных тоннелей часто применяют погружные секции (метод «кессон»).

Примеры крупнейших тоннелей

Эксплуатация и безопасность

Эксплуатация тоннелей требует постоянного мониторинга состояния обделки, вентиляции, освещения. В автодорожных тоннелях критически важна система вентиляции для удаления угарного газа (CO) и других продуктов сгорания. В железнодорожных тоннелях особое внимание уделяется противопожарной защите (системы водяного орошения, эвакуационные выходы).

Крупные аварии в тоннелях (пожары, обрушения) происходят редко, но имеют тяжёлые последствия. Примеры: пожар в тоннеле Монблан (Франция — Италия, 1999 год, 39 погибших) и в тоннеле Сен-Готард (Швейцария, 2001 год, 11 погибших). После этих событий были ужесточены требования к безопасности: установлены автоматические системы пожаротушения, увеличены интервалы между машинами, построены дополнительные эвакуационные выходы.

Интересные факты

• Самый длинный подводный тоннель в мире — Сэйкан (Япония), соединяющий острова Хонсю и Хоккайдо. Его строительство велось 24 года (1964–1988).
• В России самый длинный железнодорожный тоннель — Северомуйский на БАМе (15,3 км). Его строительство заняло 26 лет из-за сложных геологических условий (вечная мерзлота, тектонические разломы).
• Самый старый действующий тоннель в мире — водоводный тоннель под Иерусалимом (VIII век до н. э., длина 533 м).
• В Москве существует «Тоннель имени Сталина» (неофициальное название) — подземный ход от Кремля к метро «Библиотека имени Ленина», построенный в 1930-е годы. В настоящее время не используется.
• Подводные тоннели часто строятся с использованием погружных секций: секции длиной до 200 м изготавливаются на суше, буксируются к месту и опускаются на дно. Так построен, например, тоннель под Босфором (Мармарай).

Источники

• Большая советская энциклопедия. 3-е издание. Статья «Тоннель».
• СНиП 32-04-97 «Тоннели железнодорожные и автодорожные».
• Энциклопедия «Кругосвет»: статья «Тоннель».
• Данные Международной тоннельной ассоциации (ITA-AITES).
• «История строительства тоннелей» — сборник статей, изд. Транспорт, 1985.
• Отчёты о строительстве Северомуйского тоннеля (ОАО «РЖД»).