История инженерного дела. Важнейшие технические достижения с древних времен до ХХ столетия

Железная дорога и тоннель Мон-Сени были построены в период с 1857 по 1871 год. В течение почти половины этого периода в Соединенных Штатах шла гражданская война. За десять лет до начала войны была намечена постройка первого в стране важного железнодорожного тоннеля – Хусак. Однако его постройка началась только в 1854 году. В отличие от Мон-Сени тоннель Хусак пронизывал относительно низкую гору, и была возможность пробурить две вертикальные шахты, что упростило работы. Как и в Мон-Сени, сначала использовали только ручные буры. Потом был проведен не слишком успешный эксперимент с паровыми бурами. Эти буры изначально были американским изобретением, датированным 1849 годом, но они оказались плохо приспособленными для прокладки тоннелей. Было трудно транспортировать пар по трубам на большие расстояния и решить проблему выхлопа. В 1860-х годах Чарльз Берли усовершенствовал пневматический бур. В Англии Томас Бартлет запатентовал паровой бур, который использовался в угольных шахтах. Он утверждал, что этот бур может также работать и на сжатом воздухе. Соммейе усовершенствовал машину Бартлета, и она начала использоваться в 1861 году на итальянской стороне тоннеля Мон-Сени.

Подводные тоннели

Тоннель под Темзой (рис. 14.9) в Лондоне обычно считается первым подводным тоннелем. На самом деле у него были предшественники – небольшие тоннели в угольных шахтах Западной и Северо-Восточной Англии. Тоннель под Темзой – памятник смелости, изобретательности и упорству одного человека – британского инженера французского происхождения Марка Изамбарда Брюнеля (1789–1849), отца Изамбарда К. Брюнеля. Строительство его 1200-футового тоннеля началось в 1825 году. Он предназначался для автомобильного транспорта. Его ширина 37 футов, высота 23 фута, и есть две полосы для движения транспорта. Тоннель отделан кирпичом, уложенным на строительный материал, который тогда называли римским цементом.

Для этого тоннеля Брюнель спроектировал то, что впоследствии назвали проходческим щитом. Это была сложная конструкция из чугуна и дерева, весившая 120 тонн, предназначенная для продвижения сквозь давящую глинистую породу под Темзой. Щит соответствовал форме тоннеля и состоял из 36 ячеек размером 3 на 7 футов каждая. Они открывались, позволяя рабочим вынимать некоторое количество синей глины перед щитом. Щит был разбит по вертикали на 12 секций, которые можно было передвигать вперед с помощью винтовых домкратов. Крыша тоннеля в некоторых местах располагалась всего в 13 футах под речным дном. За время строительства река пять раз прорывалась в тоннель. Семь рабочих утонули. После каждого прорыва из тоннеля откачивали воду и укрепляли породу над ним. Один раз работы были приостановлены на семь долгих лет. Тем не менее тоннель в конце концов был достроен. Это произошло в 1843 году. Брюнелю в то время было 74 года, и он страдал от последствий инсульта. Тоннель не имел финансового успеха и позже был приобретен железной дорогой. Теперь он является частью лондонской поземки и выполняет функции, о которых и подумать не мог его создатель.

Самый ранний американский подводный тоннель, о котором упоминалось в главе 13, был проложен под озером Мичиган в 1864–1867 годах для снабжения Чикаго водой. Он прошел через слой синей глины и прокладывался без щита. В обоих концах тоннеля пробурили вертикальные круглые шахты, которые отводили воду и через которые удалялся вынутый грунт. Тоннель – чугунная труба, внутренним диаметром 5 футов, выложенная кирпичом.

Рис. 14.9. Тоннель под Темзой, построенный в 1843 г.

Тоннель Брюнеля под Темзой продемонстрировал преимущества и недостатки его конструкции проходческого щита. Молодому британскому инженеру, южноафриканцу по рождению, Джеймсу Генри Грейтхеду (1844–1896) осталось только усовершенствовать конструкцию, как изначально предлагал Питер Барлоу (1809–1885), и создать прототип проходческого щита, который с тех пор широко используется во всем мире. Грейтхед был учеником и помощником Барлоу и использовал новый щит для прокладки второго тоннеля под Темзой в 1869 году. Этот пешеходный тоннель, расположенный вблизи Тауэра, назвали Тауэрским (рис. 14.10). Он был намного меньше первого тоннеля – его внутренний диаметр составлял 7 футов. Тоннель был обшит чугунными секциями, скрепленными болтами в кольца. Проходческий щит продвигался вперед с помощью винтовых домкратов, упиравшихся в обшивку тоннеля.

Рис. 14.10. Тауэрский тоннель