Щит для сотни рук: чем роют тоннели метро

Французская революция, как и все последующие, сделала тысячи людей эмигрантами. Среди них — лучшие мыслители, творцы, специалисты. Покинул родину и Марк Изамбард Брюнель. Увлеченный механикой и смежными науками, он построил в Нью-Йорке театр, потом с успехом создавал механизмы для английского флота, возводил портовые сооружения. Будучи на довольствии, он получал дрова с верфей. Среди отходов производства попадались и обломки старых судов. Однажды, приготовившись бросить в камин очередную щепку от какой-то шхуны, он заметил, как маленький корабельный червь проснулся в тепле и продолжил прокладывать свой ход сквозь твердую древесину. Вооружившись мощной лупой, инженер разглядел на голове насекомого что-то наподобие шлема с зазубренными краями. С его помощью червь буравил дерево. Высверленную труху он съедал, а с противоположного конца своего тела выпускал какое-то вещество. Оно ложилось на стенки хода гладким слоем и делало их прочными. В те годы Брюнель активно искал способ эффективнее рыть тоннели и укреплять их своды. Решение было найдено! Так появился первый проходческий щит.

В 1814 году автор предложил Александру I проложить с помощью своего изобретения тоннель под Невой. Император не понял, зачем это нужно. Тогда щит пригодился там, где родился: в 1842 году он помог проложить тоннель под Темзой, первый в своем роде — подводный и в мягком грунте. А в 1863-м благодаря творению Брюнеля появился первый в мире Лондонский метрополитен.

Любая медаль имеет две стороны, и ровно через 70 лет, в 1933-м, немецкий инженер Хорнер фон Вернер, опираясь на изобретение Брюнеля, запатентовал проект подземноводной лодки. После Первой мировой, во время которой подземная война вышла на новый уровень, такое изобретение выглядело архиактуальным. Например, с его помощью можно было подползти под соседнюю страну и взорвать ее арсенал или военный завод. А раз лодка подземноводная, то на ней реально добраться до самой Великобритании и потрясти остров. Возможностей было много — денег мало, и проект засекретили до лучших времен.

В 1934 году «медаль» вновь повернулась своей мирной стороной, и проходческий щит у англичан купил Советский Союз для прокладки своего метрополитена. До этого почти три года справлялись кирками и лопатами, но с тех пор московские проходчики не обходятся без щита ни дня. Тем более что уже через несколько месяцев после покупки советские инженеры разработали отечественный щит, а через два года щитов уже было несколько десятков.

Первый проходческий агрегат Марка Брюнеля обслуживали сотни рабочих рук: вращали роторы, накачивали домкраты, отвозили грунт, клали кирпич, укрепляя стены. Современным тоннелепроходческим механизированным комплексом (ТПМК) управляет один человек. Специальность называется пилот. Он находится в особо оборудованной кабине. ТПМК работает круглосуточно, вахта пилота длится 12 часов.

Экипаж щита, как правило, состоит из 15 человек, это гидравлики, электрики, сварщики, монтажники, операторы насосов. Наверху работу комплекса поддерживают стропальщики, электрослесари, токари и механики, а также машинист подвижного состава, вывозящего отработанную породу. А готовят аппарат к погружению еще больше высококлассных специалистов, и эта подготовка длится примерно два года.

На финальном этапе ТПМК собирают в стартовой камере глубиной до 30 метров. Обычный диаметр щита — 12 метров, это четырехэтажный дом. Длина — 33 метра, 12-этажный дом (бывают и по 100 метров). Внутри него свободно ездит огромный грузовой автомобиль — мультитранспортное средство — и доставляет все необходимые материалы. Скорость продвижения комплекса — 10 метров в сутки.

Рядом со стартовой шахтой (а это в черте города) строят небольшой «завод». Он будет производить бентонитовый раствор. Эту субстанцию под огромным давлением закачивают в будущий тоннель. Бентонит отжимает подземные воды и не дает грунту обрушиться.

То, что у корабельного червя напоминает шлем, у проходческого щита похоже на диск соковыжималки. Тоже круглый, тоже крутится и тоже с зубцами. Только очень большими и прочными. Но даже они стачиваются. Чтобы понимать, когда это произошло, в них установили гидравлические цилиндры. Когда зубец стачивается до критического размера, стачивается и крышка цилиндра. Крышка сточилась — жидкость вытекла — давление упало — индикатор в кабине пилота загорелся. Тогда за дело берутся специалисты, которых уместно сравнить с водолазами: выход из щита в «открытое подземелье» сопоставим по нагрузке с погружением на 80 метров. Поэтому после работы с ротором ремонтники несколько часов акклиматизируются в барокамере.

Ротор крутится, зубцы вгрызаются в грунт, грунт сыплется в лоток и отправляется под пресс. Пресс способен перемолоть в песок даже валуны. Перемолотый материал поднимается по шнеку в бентонитовый завод. Там песок отделяют от бентонита и отправляют на стройки, а бентонит закачивают обратно в шахту.

По мере продвижения щита вперед огромная пневматическая рука берет из стопки, находящейся на платформе комплекса, нужный тюбинг. Тюбинги — это части бетонного колеса. В каждом проходческом колесе их шесть, и один замок — это тоже тюбинг, но поменьше. Пневматическая рука собирает из шести тюбингов кольцо прямо внутри ТПМК и устанавливает в только что прорытом фрагменте тоннеля. Проходческий щит упирается в края кольца своими домкратами и движется вперед. Ротор пробуривает еще несколько метров. Домкраты втягиваются, на их место пневматическая рука ставит следующее бетонное кольцо, в него опять упираются домкраты, и так до конца строительства. Давление на кольцо, создаваемое домкратами, доходит до 305 атмосфер. От этого прокладки тюбингов спрессовываются, и тоннель становится совершенно водонепроницаемым.

У каждого проходческого щита есть свое человеческое имя. Логично предположить, что это Муромец, Жаботинский, Арнольд, но нет, все имена — женские. На строительстве московского метро трудились «Клавдия», «Полина», «Лилия», казанского — «Сююмбике», «Алтынчач», питерского — «Виктория».