История развития тоннелестроения с древнейших времен до наших дней

Н. А. Сула






            ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ТОННЕЛЕСТРОЕНИЯ


СДРЕВНЕЙШИХ ВРЕМЕН ДО НАШИХДНЕЙ



Учебное пособие









Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2024

УДК 624.19
ББК 39.112
      С89






Рецензенты:
генеральный директор ООО «Подземпроект», канд. техн, наук Ю. А. Гетман;
член-корр. Российской академии естественных наук (РАЕН), канд. техн. наук, проф. кафедры мостов, тоннелей и строительных конструкций МАДИ Л. В. Маковский





     Сула, Н. А.
С89 История развития тоннелестроения с древнейших времен до наших дней : учебное пособие / Н. А. Сула. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2024. - 220 с.: ил., табл.
          ISBN 978-5-9729-2054-9

          Приводится исторический обзор развития подземного строительства с древнейших времен до наших дней. Освещаются вопросы совершенствования конструктивных решений и технологий строительства тоннелей в процессе развития общества, научной и инженерной мысли. Приведены примеры построенных отечественных и зарубежных тоннелей в различные исторические эпохи. Описаны особенности строительства тоннелей различного функционального назначения, исходя из технических и технологических возможностей на момент их сооружения. Даны сведения о наиболее крупных ученых и инженерах, внесших существенный вклад в развитие отечественного и мирового тоннелестроения.
          Для студентов, обучающихся по направлению подготовки 08.03.01 «Строительство» (бакалавриат) и специальности 08.05.01 «Строительство уникальных зданий и сооружений» (специалитет), изучающих соответственно дисциплины «История отрасли» и «История транспортного строительства». Может быть полезно инженерам транспортного строительства.

УДК 624.19
ББК 39.112







ISBN 978-5-9729-2054-9

© Сула Н.А., 2024
             © Издательство «Инфра-Инженерия», 2024
                                     © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024

        ОГЛАВЛЕНИЕ


Предисловие............................................................4
Введение...............................................................6
1. Освоение подземного пространства вдоисторический период и эпоху Древнего мира.................................................13
2. Освоение подземного пространства в эпохуАнтичности.................29
3. Подземное строительство в эпоху Средневековья, Возрождения и Раннего нового времени..............................................39
4.  Тоннелестроение нового времени....................................47
5. Тоннелестроение на рубеже XIX-XX вв................................65
6. Отечественная инженерная школа тоннелестроения.....................76
7. Первые метрополитены...............................................93
8.  Современное железнодорожное тоннелестроение со второй половины XX в. до нашихдней.........................................................119
9.  Современное автодорожное тоннелестроение со второй половины XX в. до нашихдней.........................................................131
10. Крупнейшие городские подземные инфраструктурные объекты..........161
11. Наиболее серьезные аварийные ситуации при строительстве и эксплуатации тоннелей..............................................185
12. Перспективы развития транспортного тоннелестроения...............200
Заключение...........................................................213
Литература...........................................................216

3

        ПРЕДИСЛОВИЕ


    Данное учебное пособие предназначено для студентов МАДИ и других вузов транспортного строительства, изучающих дисциплины: «История отрасли», «История транспортного строительства».
    На сегодняшний день в области подземного транспортного строительства имеется немало отечественных учебных литературных источников, направленных на подготовку молодых инженерных кадров, а также повышение квалификации действующих инженеров.
    В некоторых учебниках, как новых, так и ранее выпущенных, тема истории возникновения, становления и развития транспортного тоннелестроения освещена достаточно кратко или вообще не упомянута. В одних книгах описана история подземного строительства в рамках определенных исторических эпох, в других делается упор на рассмотрение развития конкретного способа строительства тоннелей или прослеживается история возникновения тоннелестроения в области определенного функционального назначения.


    Студенты, начинающие изучение тоннельных дисциплин, должны иметь возможность более подробного ознакомления с развитием подземного строительства в разные временные периоды человеческой истории. Рассмотрение факторов, определяющих необходимость строительства тоннелей, совершенствование объемно-планировочных и конструктивно-технологических решений подземных сооружений, а также влияние научно-технического прогресса и многочисленных изобретений на развитие тоннельного строительства должно самым благоприятным образом сказаться на подготовке буду

4

щего инженера и формирования у него начальных профессиональных компетенций для дальнейшего совершенствования тоннелестроения на основе изученного и накопленного опыта.
    В данном учебном пособии собраны воедино известные исторические факты, касающиеся развития подземного строительства с древнейших времен до наших дней. Прослеживаются основные этапы конструктивно-технологического совершенствования тоннелестроения по мере развития человеческого общества. Приводятся крупнейшие перспективные тоннельные проекты.
    Учебное пособие ориентировано в первую очередь на студентов строительных вузов, однако может быть интересно и полезно более широкому кругу читателей.

        ВВЕДЕНИЕ


    Начиная рассматривать и изучать историю тоннелестроения, у читателя может возникнуть вопрос о правильности написания слова тоннель. Как все-таки правильно пишется: тоннель или туннель?
    Следует знать, что в русском языке слово тоннель является заимствованным из английского, в котором оно имеет написание tunnel [tAnl]. Само же английское слово попало в лексикон англичан из французского диалекта. Ton-nele является уменьшительной формой слова tonne - бочка, встречающегося во французском языке с XVI в. В этом отчасти может скрываться и ответ: источник термина во Франции имел написание через букву «о», а в английском языке устоялось написание через букву «и», породив тем самым двойственность при заимствовании слова. Французам мы обязаны и мягкому окончанию слова, в отличие от твердого английского варианта.
    Во многих словарях присутствуют оба варианта написания в качестве равноправных терминов. В художественной литературе предпочтение отдают слову туннель.
    В профессиональном мире подземного транспортного строительства мнение специалистов насчет написания слова вполне однозначное - тоннель . В современной российской научной, учебной и нормативной литературе пишется тоннель. Основной нормативный документ в России, регламентирующий проектирование и строительстве транспортных тоннелей, СП 122.13330.2023 носит название «Тоннели железнодорожные и автодорожные». Кроме того, в СП 120.13330.2022 «Метрополитены» присутствует термин перегонные тоннели.
    Однако встречаются нормативные документы, где фигурирует термин туннель, например, СП 102.13330.2012 «Туннели гидротехнические» и др.
    Достаточно глубокий анализ этого вопроса провели академик РАТ, проф. Космин В. В. и Космина А. А. В обсуждении темы также принимал участие д-р техн. наук, академик РАЕН Дорман И. Я. Ученые констатировали тот факт, что оба варианта написания слова правомочны и применимы. Однако в области транспортного тоннелестроения используется термин тоннель, в иных случаях - гидротехнике, физике и т. п., - туннель.
    В тоннелестроении также используют ряд специальных терминов и определений (рис. 1). К ним можно отнести обделку, портал, рампу, глубинузало-жения, габарит приближения строений и оборудования и др.

6

Рис. 1. Основные элементы тоннеля:
1 - подпорная стена предпортальной выемки или рампы; 2 - портал;
3 - водоотводной лоток; 4 - облицовка;5 - обделка;
6 - габарит приближения строений и оборудования;
7 - гидроизоляция; Н - глубина заложения

    Обделка - постоянная несущая конструкция, воспринимающая внешние нагрузки, ограждающая подземную выработку и образующая внутреннюю поверхность подземного сооружения.
    Портал - архитектурно оформленный въезд или выезд из тоннеля, определяющий границузакрытой части тоннельного перехода.
    Рампа - сооружение, являющееся составной частью тоннельного перехода и предназначенное для обеспечения въезда транспортного средства с поверхности земли в тоннель и обратно.
    Глубина заложения - расстояние от поверхности земли до верха конструкции тоннеля.
    Габарит приближения строений и оборудования - предельное поперечное очертание свободного пространства транспортной зоны тоннеля, внутрь которого не должны заходить никакие части сооружений и строительных конструкций, всех видов эксплуатационного оборудования и устройств.
    Современные тоннели очень разнообразны. Только по назначению выделают 5 групп, не говоря уже и о других классификационных признаках, таких как глубина заложения, место расположения, способ строительства (рис. 2). Наибольший интерес для рассмотрения вызывают именно транспортные тоннели, как наиболее распространенные, протяженные, технически сложные и высокотехнологичные.
    В мире построены и эксплуатируются десятки тысяч транспортных тоннелей. К настоящему времени их общая протяженность превышает 2 млн км. Большинство из них размещается в пределах городских территорий, где от


7

мечается наибольшая потребность в тоннелях из-за насыщенной транспортной сети. Среди многообразия транспортных тоннелей выделяются рекордные подземные сооружения по длине, ширине, глубине заложения и другим признакам. Так, на сегодняшний день, абсолютным рекордсменом по длине является железнодорожный Готардский базисный тоннель, расположенный в Швейцарских Альпах и имеющий длину 57,09 км (рис. 3). Тоннель был открыт для движения в 2016 г.


ГОРНОПРОМЫШ-1 СПЕЦИАЛЬНОГО

ТРАНСПОРТНЫЕ

КОММУНАЛЬНЫЕ

НАЗНАЧЕНИЯ

ЛЕННЫЕ

ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ

ПО I НАЗНАЧЕНИЮ |

Рис. 2. Классификация тоннелей

    Именно железнодорожные тоннели возглавляют список самых длинных тоннелей в мире, среди которых можно назвать тоннель Сэйкан в Японии длиной 53,8 км, Евротоннель между Францией и Великобританией длиной 50,4 км, базисный тоннель Лёчберг в Швейцарии длиной 34,6 км, тоннель Гуань Цзяо в Китае длиной 32,6 км.
    Среди автодорожных тоннелей самым длинным является Лердальский тоннель в Норвегии протяженностью 24,5 км (рис. 4). Тоннель построен в крепких скальных грунтах и не имеет внутренней несущей обделки. Движение по тоннелю было запущено в 2000 г.


8

Рис. 3. Готардский базисный тоннель:
а - схема планового положения тоннеля; б - схема продольного профиля тоннеля; в - схема объемно-планировочных решений тоннеля;
г - диаграмма самых длинных ж. д. тоннелей в мире

     Среди самых широких тоннелей выделяются в первую очередь автотранспортные городские тоннели многопролетной прямоугольной конструкции, расположенные на широких многополосных городских автомагистралях. В качестве примера можно привести тоннель О'Нила шириной до 55 м, построенный в составе большого тоннельного проекта «Биг Диг» в Бостоне (США), а также тоннель под Щелковским шоссе в Москве в составе Северовосточной хорды (СВХ) шириной до 60 м (рис. 5). Оба тоннеля расположены на крупных городских автомобильных магистралях, имеющих до 11 полос движения.

9

Рис. 4. Въезд в Лердальский тоннель

Рис. 5. Наиболее широкие городскиетоннели на многополосных магистралях: а - тоннель О'Нила в Бостоне; б - тоннель под Щелковским шоссе в Москве

    Однако одним из самых широких тоннелей в мире на сегодняшний день можно считать новый совмещенный тоннель под Калужским шоссе в Москве, в котором удалось разместить автомобильную дорогу, станцию метро и перегонные участки метрополитена (рис. 6). Общая ширина конструкции тоннеля с учетом боковых съездов составляет от 69 до 93 м.
    Самым большим действующим тоннелем кругового поперечного сечения является новый двухъярусный автотранспортный тоннель в Сиэтле (США). Внешний диаметр конструкции составляет 17,5 м (рис. 7). Движение по тоннелю было открыто в 2019 г.
    Помимо значительных габаритных размеров современные тоннели имеют сложные объемно-планировочные схемы. Так, новый подводный тоннель Эйстурой на Фарерских островах имеет перекресток с кольцевым движением на разветвлении подземной автомагистрали (рис. 8). В Токио выезд из крупнейшего городского тоннеля Яматэ выполнен в виде многоуровневого спиралевидного пандуса. Автодорожный тоннель Монблан между Францией


10