Покорители земных недр

Тоннели. Сложнейшие горно-технические сооружения. Наиболее известные из них: 20-километровый горный Симплонский тоннель между Швейцарией и Италией — самое длинное из существующих сооружений такого рода, проложенных на суше; тоннель Сейкан протяженностью 53,8 км — самый длинный в мире, он соединяет японские острова Хонсю и Хоккайдо, только подводная его часть (23,3 км) уже превосходит по длине Симплон.

Важность при строительстве тоннелей тщательной инженерно-геологической подготовки, базирующейся на данных бурения скважин, подтверждают следующие примеры.

Строительство тоннеля Сейкан было начато с проходки вспомогательной выработки, сечение которой составляло четверть главного. Вспомогательный тоннель помог сократить время сооружения главного. Строительство велось стандартным способом крепления штрека стальными арками (на их изготовление ушло 16 800 тонн металла) с последующим бетонированием стенок. Объем земляных работ составил 6,3 млн. м3, было израсходовано 1,5 млн. м3 бетона.

В процессе работ приходилось предугадывать геологическое строение толщ горных пород и степень их водопроницаемости, а также предупреждать обвалы. Единственным способом получения точных данных о лежащей впереди породе на участке морского дна являлось бурение горизонтальных опережающих проходку тоннеля скважин. Такие скважины требуют гораздо большего умения, чем вертикальные, поскольку под действием веса бурового снаряда ствол скважины искривляется и, если породы мягкие и неустойчивые, то стенки скважины могут обвалиться.

Когда была начата первая пробная выработка, удавалось пробуривать скважины длиной максимум 300 м. В дальнейшем этот показатель был увеличен до 2150 м. Такой результат представлял собой большое достижение, поскольку позволял заранее знать строение пород, которые строителям предстояло проходить через два (!) года.

Мягкие или трещиноватые породы надо было укреплять перед началом проходки тоннеля. Технология укрепления заключалась в цементации трещин. Для этого бурилось множество неглубоких скважин-отверстий, куда под большим давлением закачивался быстротвердеющий раствор, проникавший в трещины и пустоты. В результате получалась прочная бетонная оболочка, предохранявшая от обвалов во время проходки тоннеля. И все же невозможность в ряде случаев закачать достаточное количество вяжущего раствора привела к четырем крупным обвалам.

Во время самого большого из них, происшедшего в 1976 г., вода поступала из геологического разлома в горных породах во вспомогательный тоннель со скоростью 70 м3 в минуту. Все, что смогли сделать строители, — это заблокировать аварийный участок тоннеля и ждать, пока ситуация стабилизируется сама. Такое решение оправдалось: инженерам помогло горное давление (между тоннелем и дном моря было 100 м породы), сжавшее стенки разлома и трещины, через которые проникала вода.

Если первоначально стройку тоннеля Сейкан предполагалось осуществить за 10 лет, то из-за различных геологических неожиданностей времени потребовалось вдвое больше, а стоимость тоннеля более чем утроилась. Этот крупнейший проект японские инженеры и рабочие завершили в апреле 1985 г.

Другой пример.

На трассе Байкало-Амурской магистрали строителям предстояло пробить на участке в районе Байкала подземные коридоры общей протяженностью около 30 км — тоннели Байкальский (6700 м), Северомуйский (15 300 м), Кодарский (1940 м), Нагорный (1200 м) и другие (5400 м). Сложность заключалась в том, что надо было пройти вечную мерзлоту, горячие и ледяные подземные реки, твердейшие граниты и предательские сыпучие разломы. Все это усугублялось повышенной сейсмичностью зоны; например, при землетрясении в 1957 г. Северомуйский хребет сместился на 1,5 м. В таких условиях тоннели не сооружались нигде в мире.

Полученный при разведочном бурении керн предупреждал: наряду с породами гранитной твердости в ряде мест будущего Северомуйского тоннеля встретятся породы перемятые, крошащиеся, есть зоны плывунов, разломов, трещиноватых пород. Но все осложнения предусмотреть не удалось. В результате проходчики тоннеля неоднократно оказывались в труднейших ситуациях. Так, однажды в тоннельную выработку хлынул селевой поток — смесь воды с каменной массой, который все смел на своем пути, а 8-тонную породопогрузочную машину выбросил из тоннеля, точно щепку. Позднее выяснилось, что проходчики вышли под дно огромного подземного озера — 600 м в диаметре и 200 м в глубину. Это было, по мнению ученых, древнее русло реки Ангаракан, разорванной землетрясением миллион лет назад и запрятанной в гору.

В конечном счете тоннельщики укротили и этот разрыв, и другие осложнения (не раз они оказывались в неожиданно хлынувшем потоке горячей воды). В преодолении всех трудностей сложился коллектив, равного которому по уровню профессионализма отечественное тоннелестроение не знало.