Щитовая проходка тоннелей в Лондоне 1897-1907 года, позже примененная в 1934 году для московского метро

За более чем 30 лет до строительства московского метрополитена технологии щитовой проходки уже вовсю применяли в Англии при рытье тоннелей для лондонского метро. Правда, проходческие щиты были поменьше, попроще. Впрочем, через несколько лет, в 1904 году, тоже в Лондоне, начнется строительство транспортного тоннеля под Темзой точно такой же техникой, которая будет задействована в Москве спустя 30 лет - в 1934 году. Но вернемся в 1897-й:

Три рабочих работают на выемке грунта при строительстве тоннеля для центральной линии метрополитена Лондона.


На фото показан сам щит, при этом рабочий с киркой находится внутри щита, за квадратным люком. Два других помогают выгружать породу и управляют гидравликой щита.


Чтобы понять устройство щита и принцип работы, достаточно взглянуть на уменьшенную модель на фото ниже, а затем на верхнее фото, где точно такой же щит показан в работе.


Шесть гидроцилиндров, равномерно расположенных по окружности большого цилиндра, представляющего из себя корпус щита, предназначены для отталкивания от смонтированных чугунных стенок тоннеля. Отталкиваясь от них, щит вгрызается в грунт своей передней частью. Рабочий выгребает грунт из фронтальной  камеры, расположенной за прямоугольным окном. После выемки грунта можно опять двигать щит вперед с помощью цилиндров.

Следом за щитом сразу устанавливались и стягивались болтами друг к другу чугунные тюбинги - стенки тоннеля для сдерживания давления грунта, герметизации тоннеля, а также для того, чтобы щиту было от чего отталкиваться при дальнейшем продвижении.

Укладка тюбингов происходила вручную, примерно так, как показано на гравюре 1869 года:


Тоннель столь малых габаритов (3,5 метра в диаметре) годился лишь для движения одного поезда.  Соответственно, сами поезда и вагоны были тоже миниатюрные.


Для строительства пересадочных станций такие тоннели явно не годились, и приходилось применять проходческий щит гораздо большего диаметра:


Миниатюрные поезда сменились на вполне привычные, и почти полноразмерные составы (все еще низковатые) можно было видеть в лондонской подземке уже в 1924 году:


Но вернемся к рытью тоннелей. Технология была отработана, щиты конструкции Грэтхеда хорошо себя зарекомендовали, позволяя рыть тоннели диаметров от огромных (10 метров) до небольших, пригодных для канализационных стоков. Кроме того, постоянно совершенствовалась техническая часть, и в 1904 году при строительстве Ротерхитского тоннеля (Rotherhithe tunnel) это очень хорошо было заметно.

Щит стал ощутимо больше, около 10 метров в диаметре. Гидравлика также усложнилась в разы, и вместо 6 гидроцилиндров по окружности цилиндра здесь их можно наблюдать уже несколько десятков, хотя выполняют они ту же функцию - проталкивания щита вглубь породы.


С фронтальной части щита принципиально изменилось немного, для каждого рабочего теперь есть свой отсек, в котором происходит выемка грунта.


Однако теперь появилась возможность вести работы под повышенным давлением воздуха- в кессоне. Это необходимо при работе с водонесущими грунтами, когда есть опасность затопить тоннель, наткнувшись на подземный поток. Повышенное давление вытесняет воду из зоны выборки грунта, осушая и значительно упрощая и без того тяжелый труд проходчика.

Для того, чтобы создать повышенное давление в забое, часть тоннеля перегораживают, и подают в образовавшуюся герметичную полость, называемую кессоном, воздух под давлением.

На фото ниже видна перегородка в тоннеле и два шлюза: один для вывоза грунта на вагонетках, а другой - более длинный - для людей. Там давление набирается и сбрасывается значительно медленней во избежания опасности получения т.н. кессонной болезни, или, по-метростроевски, "заломая", когда в крови образуются пузырики воздуха при быстром переходе из зоны высокого давления в зону обычного, атмосферного.


Видно, что герметизирующая стенка тоннеля укреплена балками враспор. На следующем фото монтаж шлюзов уже закончен и подведены трубы сжатого воздуха, т.е все готово к работе.


Итак, проходческий щит поехал, отталкиваясь домкратами от стенок созданного им же тоннеля. Домкраты эти, вернее их подпятники, а также их гидравлический распределитель с кучей медных трубок, благодаря бесстрашным фотографам, можно посмотреть вблизи:


Огромные вертикальные и наклонные штока гидроцилиндров на следующем фото служат для укладки и утрамбовки чугунных тюбингов - составляющих цилиндрической оболочки тоннеля.


Но прежде, чем щит заработает под землей, его надо смонтировать, ибо спустить под землю в готовом виде - нереально, да и нерационально ввиду огромных размеров и веса. Для этого предназначены специальные камеры. Вот одна из них на стапеле в полуготовом виде.


А примерно так камера выглядит в собранном виде, хотя именно эта камера предназначена для другого тоннеля, но тоже под Темзой:


И вот наконец проходческий щит, пройдя под Темзой, входит в камеру, расположенную на участке, начиная с которого рытье тоннеля уже пойдет без использования щита .


Здесь щит разбирают, а тоннель продолжают рыть уже открытым способом.


Вот вкратце техника использования щита при проходке тоннеля. Позже точно такая же техника использовалась при прокладке первых очередей московского метрополитена. Щит использовался точно такой же, как и описанный выше, фирмы "Маркхем", конструкции инженера Гретхеда. Диаметр  лондонского - 9,35 метров. Диаметр "московского" - 10 метров. Правда при ближайшем рассмотрении фотографий возникают вопросы по размерам.

К сожалению, о строительстве первой очереди московского метро в открытом доступе нет никаких фотографий работы на щите, кроме общего вида самого механизма, причем явно в несобранном виде:


Имеется также фото щита в процессе сборки передней части:


Визуально по фотографии диаметр щита явно не больше 7 метров, да и по сравнению с лондонским 9-ти метровым он имеет как раз на один ряд секций меньше. Хотя, по свидетельствам строителей, щиты имели диаметр 10 метров.

Все эти несостыковки происходят от крайне скудного количества технической информации, при этом имеющей весьма сомнительное качество. Про качественные фотографии, сравнимые по информативности с приведенными выше о строительстве  лондонского тоннеля, речи вообще не идет.

Хоть про Московское метро и написано горы серьезных книг и статей, и, например, в книге Дитмара Нойтатца [1] очень подробно освещена организационная часть строительства, но технический аспект, как ни странно, все еще остается темой очень и очень закрытой. Сознательно ли это сделано, или просто от отсутствия интереса к такого рода специфической информации - судить сложно. Но очень хотелось бы не только читать о метростроевцах, но и глядеть на хорошие, качественные фотографии, запечатлевшие хронику одной из самых известных строек страны.


Источники

1. Дитмар Нойтатц  "МОСКОВСКОЕ МЕТРО: от первых планов до великой стройки сталинизма (1897-1935)"
2. https://en.wikipedia.org/wiki/Rotherhithe_Tunnel
3. http://www.ltmcollection.org/museum/gallery/gallery_top.html?_IXSR_=rW4gZ5zOWkI&IXgallery=CGP.050&_IXFIRST_=121&IXpage=7
4. https://www.superstock.com/stock-photography/2/Sir-Maurice#id=4170931
5. http://metro.ru/library/