Как это работает. Проект Crossrail: гигантские тоннели под Лондоном.

Crossrail — строящаяся с 2009 года система высокоскоростной железной дороги в Лондоне. Крупнейший строительный проект Европы. Планируется, что новый вид общественного транспорта Лондона свяжет городские районы, а также восточные и западные пригороды. Протяжённость линий составит 118 км. Пропускная способность рассчитана на 24 поезда из 10 вагонов в час в каждом направлении, максимальная скорость на наземных участках — до 160 км/ч, в тоннелях — до 100 км/ч. Под центром города железная дорога пройдёт под землёй. Введение в эксплуатацию запланировано на 2018 год.

Огромные машины, бурящие тоннели для нового лондонского железнодорожного проекта Crossrail, приближаются к концу своего пути. Корреспондент BBC Future прокатился на одной из них.

Подземный Лондон напичкан тоннелями, стоками канализации, фундаментами старых зданий, электрическими кабелями и заброшенными станциями метро. Эта среда радует археологов и вызывает нервный тик у инженеров, перед которыми стоит задача что-то построить под британской столицей. Тем более удивителен тот факт, что специалисты сумели проложить здесь 42 километра новых тоннелей для одного из самых крупных инженерных начинаний в мире: железнодорожного проекта Crossrail.

Под Лондоном уже несколько лет терпеливо прокладывают себе путь гигантские тоннеле проходческие комплексы (ТПК, а в просторечии — щиты). Эти монструозные агрегаты вышли на старт в мае 2012 года, и теперь, более трех лет спустя, прокладка тоннелей почти закончена. Под улицами восточного Лондона два последних гигантских щита, носящих имена «Виктория» и «Элизабет», неумолимо приближаются к финальной отметке. Всего же в процессе сооружения тоннелей участвовали восемь таких устройств.

Незадолго до окончания прокладки я побывал на щите «Элизабет», который в тот момент находился на глубине 40 метров и примерно на полпути между станцией Ливерпуль-стрит и конечной точкой в районе Фаррингдон, чтобы своими глазами увидеть, как работает этот гигантский аппарат.

Размер тоннелепроходческого комплекса гораздо лучше ощущается на поверхности земли: его гигантские резцы и величественные масштабы сразу напоминают о механических монстрах из научно-фантастических фильмов.

А под землей даже не сразу понятно, где заканчивается тоннель и начинается машина. После продолжительного путешествия по лестницам и лифтам, после то и дело прерывающейся остановками поездки на тесной и дребезжащей дрезине по путям, где пойдут поезда Crossrail, руководитель объекта Дэвид Шеперд из строительной корпорации Bechtel вдруг неожиданно объявляет, что мы прибыли на место.

Этот тоннеле проходческий комплекс — замечательный и уникальный механизм. Он был специально построен для Crossrail германской фирмой Herrenknecht, одним из немногих в мире производителей такого оборудования. Стоит он около 10 млн фунтов, весит под тысячу тонн, имеет диаметр 7,1 метра, а его длина от резцов до конца хвостовой части составляет 150 метров.

ТПК «Элизабет», принятый в эксплуатацию в ноябре 2012 года, — это проходческий щит с компенсацией давления горных пород, такие машины применялись при прокладке большинства тоннелей Crossrail. Эта технология, разработанная в Японии в 1970-х годах, предполагает прессование выработанной породы под давлением, соответствующим давлению окружающей почвы и грунтовых вод. За счет этого снижается риск обрушения тоннеля

Гигантские щиты выглядят как что-то из научной фантастики

За этим давлением постоянно следит оператор ТПК. Он может регулировать его путем изменения скорости движения машины и скорости шнекового конвейера (похожего на рабочий элемент мясорубки), при помощи которого порода отводится от забоя. «Контролируя усилие, с которым движется щит, и одновременно скорость извлечения породы шнеком, мы можем поддерживать такое давление в забое, которое не позволяет тоннелю осыпаться», — поясняет Шеперд.

По мере продвижения машины сквозь грунт к ее носовой части по конвейеру переправляются готовые блоки из бетона, каждый из которых весит три тонны. Они поднимаются гигантскими захватами и укрепляются на стенках тоннеля, формируя его отделку. Каждый блок представляет собой сегмент длиной в 1,6 метра. Всего в тоннелях Crossrail таких блоков будет использовано четверть миллиона.

Когда кольцо завершено, к его стыкам под высоким давлением подается фиксирующий раствор. После этого щит движется дальше, упираясь в край этого последнего кольца гидравлическими домкратами.

Этот процесс продолжается круглосуточно и без выходных. 15 операторов работают 12-часовыми сменами и временами прерываются, чтобы освежиться или сходить в туалет, расположенный в самом ТПК (посмотреть на него нас не пустили).

По меркам отрасли машина движется с впечатляющей скоростью. Шеперд, успевший поработать на строительстве тоннеля под Ла-Маншем и на постройке второй очереди Юбилейной линии лондонского метро, говорит, что, как правило, за смену удается проложить около 16 метров тоннеля. Иногда получается сделать и гораздо больше. «Бывали и рекордные смены, когда мы укладывали более двух десятков колец за 12 часов, но это скорее исключение. Дело было на коротком участке, грунт был хорошим, на комплексе работала наша лучшая бригада, и парни старались», — говорит он.

Вперед помаленьку

Но при скорости в метр за час не возникает ощущения, что ты находишься в движущемся механизме. Об этом напоминает лишь непрекращающийся грохот ножей и монотонное движение маленьких колес, поддерживающих раму щита.

Длина щита составляет 150 метров, а вес может достигать тысячу тонн

Остановки ТПК пытаются свести к минимуму, но его резцы неизбежно изнашиваются, говорит Шеперд. Примерно после каждого километра приходится их осматривать и решать, требуется ли замена.

Обычно это делается под нормальным давлением, но иногда опасения насчет возможной просадки грунта вынуждают поддерживать в забое высокое давление. Тогда приходится прибегать к чрезвычайной процедуре.

По словам Шеперда, делать это было нужно всего несколько раз. В таких случаях механики входят в шлюз в носовой части ТПК, и давление постепенно повышается до тех пор, пока не совпадет с давлением в забое. Это примерно две атмосферы — такое же давление, как на глубине 10 метров под водой.

После краткого периода адаптации механики могут покинуть ТПК через небольшой люк в передней части щита и приступить к работе. Декомпрессия продолжается гораздо дольше: как и у водолазов, ее длительность зависит от количества времени, проведенного под давлением.

Маршрут движения щита выверен с необычайной тщательностью. Порода, через которую перемещается комплекс, подробно изучается и анализируется заранее. Сложная лазерная система навигации позволяет машине не отклоняться от трассы. После разговора с Шепердом остается впечатление, что у него нет ни малейшей тени сомнения в том, что два идущих навстречу друг другу участка тоннеля точно соединятся.

Но, по его словам, все равно остается довольно много переменных — к примеру, небольшие различия в плотности грунтов — которые проявляют себя лишь тогда, когда тоннель подходит к ним вплотную. Тогда в дело включается оператор, задача которого — удерживать отклонение ТПК от маршрута в пределах 50 миллиметров. «Бывает так, что на одной стороне грунт плотнее, и тогда машину начинает поворачивать. А если твердый грунт снизу, то она стремится подняться вверх. Тогда оператору приходится рулить», — поясняет Шеперд.

Задача оператора — не отклоняться от намеченного курса, даже если на пути окажется твердый грунт

Для этого он регулирует давление в домкратах, которые толкают ТПК вперед. Эти домкраты расположены по окружности щита, и каждым из них можно управлять индивидуально, слегка меняя направление движения.

Точно следуя намеченной трассе и внимательно следя за балансом давления в машине и в окружающей ее породе, оператор сводит к минимуму перемещение и осыпание грунтов в тоннеле — такое осыпание может повредить расположенные поблизости другие тоннели и инфраструктуру.

За тем, чтобы прокладка не привела к возникновению разного рода осложнений, следит не только оператор щита. Для стабилизации грунта широко применяется метод инъекционного укрепления. Чтобы его осуществить, в земле выкапываются вертикальные шахты 10-20 метров глубиной и пяти метров в диаметре. Из этих шахт специалисты впрыскивают в грунт под высоким давлением укрепляющий состав.

Состав подается по узким горизонтальным трубам, расходящимся от главной шахты в стороны. Длина этих труб может достигать 80 метров.

Вертикальные шахты не достигают уровня тоннелей. При их выкапывании был сделан ряд удивительных и порой мрачных находок, в том числе захоронение жертв чумы в районе Фаррингдон, датируемое XIV веком.

На борту щита «Элизабет» легко забываешь о том, что где-то над головой живет своей жизнью огромный город. Сам город, впрочем, тоже не очень часто вспоминает о проекте: лондонцы уже как-то свыклись с расположенными на поверхности строительными площадками.

Бригаде ТПК, однако, расслабляться нельзя: нужно заканчивать тоннель, и свет в его конце уже вот-вот станет виден.

Три года работы, четверть миллиона отделочных бетонных блоков и такая большая гора выбранной породы, что из нее можно соорудить новый остров. Тоннели Crossrail почти закончены — осталось только проложить рельсы.

Джон Эксел — редактор журнала The Engineer. У проекта Crossrail есть свой канал на Youtube, где появляются видео с места строительства.

Прочитать оригинал этой статьи на английском языке можно на сайтеBBC Future.

Лондон, 29 мая 2013. (Фото Reuters | Luke MacGregor):

Протяжённость линий Crossrail составит 118 км. Пропускная способность рассчитана на 24 поезда из 10 вагонов в час в каждом направлении, максимальная скорость на наземных участках — до 160 км/ч, в тоннелях — до 100 км/ч. Под центром города железная дорога пройдет под землей.

Это прохо́дческий щит, применяемый при строительстве тоннелей. Лондон, 11 июня 2013. (Фото Reuters | Andrew Winning):

Лондонцы считают, что это крупнейший и самый дорогой европейский проект по строительству транспортной системы — 118 км наземных и подземных дорог, станций, инфраструктуры общей стоимостью 25 млрд долларов. Наверное, они просто не слышали про стоимость проекта Четвёртого транспортного кольца в Москве, протяженностью 74 км — более 1 трлн рублей на 2011 год. Правда, градоначальники решили, что такой бюджет Москва не потянет и проект был прекращен.

Строительство станции Tottenham Court Road. (Фото EG Focus):

Проект станции Canary Wharf. Шестиэтажная махина включает в себя порядка 100 000 кв.м. торговых площадей, парковку, на крыше уютно располагаются уже классическим вариантом — сады:

Эскалаторы на будущей станции Canary Wharf. (Фото Oli Scarff | Getty Images):

Строительство тоннеля под восточной частью Лондона, 14 декабря 2012. (Фото Reuters | Andrew Winning):

Надо заметить, что в начале 1990-х годов английский парламент уже отвергал аналогичный проект строительства железной дороги из-за высоких расходов.

Строительство станции Farringdon, в Лондоне, 30 января 2013. (Фото AP Photo | Chris Jackson):

Механический монстр — 150-метровая буровая машина. 24 апреля 2013, Лондон. (Фото Oli Scarff | Getty Images):

150-метровая проходческая машина настолько огромна, что внутри нее можно ходить по коридорам. (Фото Reuters | Andrew Winning):

Прокладывая тоннели рабочие сталкиваются с археологическими раскопками. В этом месте найдено захоронение умерших от Черной Смерти — чумы. Она унесла от 30 до 60 процентов населения Европы в 14 веке! (Фото AP Photo | Crossrail Project):

Исторический могильник в центре Лондона. (Фото AP Photo | Crossrail Project):

Кладбище 16 — 17-го веков. Раскопки на месте будущего вестибюля одной из станций Crossrail. (Фото Reuters | Andrew Winning):

Стоимость этого проекта в два раза выше стоимости проведения всей Олимпиады в Лондоне. (Фото Oli Scarff | Getty Images):

Рабочие укладывают рельсы для буровой машины в восточной части Лондона, 25 сентября 2013. (Фото Reuters | Andrew Winning):

Часть огромной проходческой машины. (Фото AP Photo | Lefteris Pitarakis):

Расширение тоннеля Коннот, построенного в 1878 году. С декабря 2006 он не использовался для пассажирских перевозок, но скоро здесь пройдут новые поезда. (Фото Oli Scarff | Getty Images):

Проходческий щит пробурил очередную секцию подземного тоннеля. Куски бетона разлетаются, Лондон, 11 июня 2013. (Фото Reuters | Andrew Winning):

Премьер-министр Дэвид Кэмерон и мэр Лондона Борис Джонсон приехали на стройку под землей. (Фото Ben Stansall — WPA Pool | Getty Images):

Маленькие фигурки людей хорошо передают масштабы. (Фото Reuters | Andrew Winning):

В подземелье царит своя, непередаваемая атмосфера. (Фото Reuters | Andrew Winning):

Очередная находка — венецианская золотая монета 16 века. (Фото Reuters | Andrew Winning):

При строительстве тоннелей Crossrail образуется 4,5 млн тонн почвы. Куда ее девать? Весь извлеченный грунт везут на остров Wallasea. (Ajnj Reuters | Andrew Winning):

Здесь создадут сельскохозяйственные угодья, в два раза превышающие размер лондонского Сити. (Фото Peter Macdiarmid | Getty Images):