Тоннель как инженерное сооружение¶

Тоннель (также распространено написание «туннель») — протяжённое подземное или подводное инженерное сооружение, предназначенное для прокладки транспортных путей, перемещения воды, прокладки коммуникаций или иных технологических целей. Представляет собой горизонтальную или слабонаклонную выработку, ограниченную по периметру искусственной обделкой и имеющую выходы на поверхность с двух или более концов. Тоннели относятся к классу подземных сооружений и отличаются от шахт и штолен преимущественно горизонтальной ориентацией, а от галерей — большей протяжённостью и капитальностью.

¶История

Строительство подземных ходов известно с древности: в Древнем Египте, Месопотамии и Риме сооружали водоводы и тайные проходы. Римляне возводили тоннели для акведуков и отвода воды, применяя огневой метод разрушения породы и последующую облицовку камнем.

Значительный импульс развитию тоннелестроения дала эпоха промышленной революции. В 1826–1843 годах под Темзой в Лондоне был построен первый в мире подводный тоннель (проект Марка Брюнеля). В России одним из первых крупных объектов стал тоннель на Петербургско-Московской железной дороге, а в конце XIX века развернулось строительство тоннелей на Закавказской и Сибирской железных дорогах.

Массовое строительство метрополитенов в XX веке, развитие гидроэнергетики и автодорожной сети превратили тоннелестроение в самостоятельную отрасль инженерного дела.

¶Классификация

Тоннели различают по нескольким признакам.

По назначению:

• транспортные (железнодорожные, автодорожные, метрополитеновские, судоходные);
• гидротехнические (водоводы, деривационные, ирригационные);
• коммунальные (канализационные, коллекторные);
• специальные (военные, горнопромышленные, научные).

По расположению:

• горные (пробиваемые сквозь массив породы);
• подводные (под руслами рек, проливами, морями);
• городские (в условиях плотной застройки).

По глубине заложения различают тоннели мелкого заложения (до 20–30 м) и глубокого заложения. По форме поперечного сечения — круговые, подковообразные, прямоугольные, эллиптические.

¶Устройство и способы сооружения

Основные элементы тоннеля — обделка (постоянная крепь), воспринимающая давление породы и гидростатическое давление, и внутреннее обустройство: путь, вентиляция, освещение, водоотвод, системы безопасности.

Горный способ предполагает проходку с разработкой породы буровзрывным методом или комбайнами и последующее возведение обделки из бетона, железобетона, чугуна или стали. Щитовой способ основан на применении проходческого щита — металлической оболочки, продвигаемой вперёд с одновременной установкой сборной обделки; этот метод широко использовался при строительстве московского метрополитена.

При строительстве подводных и городских тоннелей применяют опускные секции, продавливание, метод «стена в грунте», а также современные тоннелепроходческие механизированные комплексы (ТПМК) с активным пригрузом забоя. Отдельное направление — новоавстрийский метод, при котором порода вокруг выработки включается в работу как несущий элемент.

¶Значение и применение

Тоннели позволяют преодолевать естественные препятствия — горные хребты, водные преграды, плотную городскую застройку — без нарушения поверхности. Они снижают протяжённость маршрутов, повышают безопасность и скорость движения, уменьшают шумовую нагрузку и занимаемую территорию.

Крупнейшие объекты отрасли: Евротоннель под Ла-Маншем (около 50 км), Готардский базисный тоннель в Швейцарии (57 км), Северомуйский тоннель на Байкало-Амурской магистрали (15,3 км). В России тоннели играют ключевую роль в метрополитенах Москвы, Санкт-Петербурга и других городов, в гидроэнергетике (например, на Саяно-Шушенской ГЭС) и на железных дорогах.

¶Интересные факты

• Северомуйский тоннель строился более 25 лет и считается одним из самых сложных объектов в истории отечественного тоннелестроения.
• Байкальский тоннель на БАМе имеет длину около 6,7 км и проложен в сложных сейсмических условиях.
• Проходческий щит, применявшийся при строительстве московского метро, дал название целой эпохе — «щитовой проходке».
• Самым длинным автомобильным тоннелем в России долгое время оставался Гимринский тоннель в Дагестане (4303 м).

¶Критика и проблемы

Строительство тоннелей сопряжено с высокими капитальными затратами, длительными сроками и сложной геологией. Ошибки в расчётах обделки приводят к деформациям, протечкам и авариям. Экологические риски связаны с изменением гидрологического режима, просадками грунта в городской застройке и образованием отвалов породы. Вентиляция и обеспечение пожарной безопасности в длинных тоннелях требуют специальных инженерных решений.

Источники: технические справочники по тоннелестроению, материалы профильных отраслевых изданий, энциклопедические словари по транспорту и строительству.