§ 4. КРАТКИЙ ОБЗОР РАЗВИТИЯ ТОННЕЛЕСТРОЕНИЯ (ч. 1)
Истоки тоннелестроения, первоначально заключавшегося в создании подземных выработок, уходят в глубокую древность. Задолго до нашей эры в Вавилоне, Египте, Греции и Риме подземные работы производили для добычи полезных ископаемых, сооружения гробниц, храмов. Позднее тоннели сооружали также для целей водоснабжения и транспорта. Значительные тоннельные работы вели римляне, создавшие ряд дорожных, водопроводных и дренажных тоннелей, часть которых сохранилась до нашего времени.
Развитие тоннелестроения тесно связано с развитием орудий и средств производства. Уровень тоннельной техники соответствовал уровню развития производительных сил. Все древние тоннели сооружали, как правило, в крепких скальных породах, не требующих устройства обделки, причем выработке придавали сводчатое очертание, соответствующее форме естественных пещер. Работы выполнялись рабским трудом с помощью кирок, ломов, клиньев, а также огневым способом, заключавшимся в сильном нагревании забоя выработки с последующим охлаждением холодной водой и разборкой растрескавшейся скалы. После падения Римской империи в тоннелестроении, как и в других отраслях человеческой деятельности, наступил период длительного застоя, в течение которого подземные работы производились преимущественно для военных целей.
В конце средних веков, в связи с расширением международных связей и стремлением к укорочению торговых путей начинается строительство судоходных тоннелей, соединявших между собой водные пути сообщения, разделенные водоразделами. Предпосылкой к строительству тоннелей в этот период явилось применение черного пороха для взрывания скальных пород.
Первый судоходный тоннель длиной около 160 м был построен во Франции на Лангедокском канале в 1679—1681 гг.
Толчком для дальнейшего развития тоннелестроения послужило появление железных дорог, требующих малых уклонов и сооружения тоннелей для преодоления высотных препятствий. Первый железнодорожный тоннель длиной 1190 м был построен в 1826—1830 гг. в Англии на линии Ливерпуль — Манчестер. Почти одновременно развернулось строительство железнодорожных тоннелей во Франции и других европейских странах.
Несмотря на быстрое развитие тоннелестроения, длина тоннелей, сооружавшихся с использованием ручного бурения и черного пороха, не превышала 3,5 км. Уровень техники ограничивал возможности строительства длинных тоннелей. Открытие пироксилина (1845 г.) и динамита (1866 г.), а также успешное применение в горном деле бурильных машин ударно-поворотного действия (1851 г.) произвели технический переворот в тоннелестроении и сделали возможным сооружение больших альпийских тоннелей между Францией, Италией и Швейцарией.
В 1857—1871 гг. был сооружен тоннель Мои-Сенис длиной 12 850 м, соединивший Францию с Италией, в 1872—1882 гг. — тоннель Сен-Готард длиной 14 984 м, соединивший Италию со Швейцарией. До начала первой мировой войны были построены 26 тоннелей длиной более 5 км каждый, в том числе самый длинный в мире Симплонский тоннель длиной 19 780 м, соединивший Италию со Швейцарией. Строительство первого из двух однопутных Симплонских тоннелей было начато в 1898 г. и закончено в 1906 г.
Тоннелестроителям пришлось встретиться с большими трудностями (огромное горное давление, большой приток горячей воды, высокая температура в выработке, доходившая до 55° С). Второй Симплонский тоннель был построен лишь к 1921 г.
Основным материалом для возведения обделки тоннелей была бутовая кладка на известковом и цементном растворах. Только в 1889 г. для реконструкции тоннелей впервые был применен бетон, получивший с первой четверти двадцатого века широкое распространение в тоннельном строительстве.
После первой мировой войны масштабы строительства тоннелей уменьшились, что в известной степени объяснялось завершением к этому времени развитии железнодорожной сети в основных странах Европы. Среди построенных в этот период значительных сооружений выделяется самый длинный в мире двухпутный железнодорожный тоннель — Большой Апеннинский на линии Флоренция — Болонья (Италия) (1920—1931 гг., длина 18 510 м), имеющий в середине подземную обгонную станцию. В 1927 г. был закончен Ровский судоходный тоннель длиной 7 118 м на водной магистрали Марсель — Рона (Франция), являющийся крупнейшим в мире по размерам поперечного сечения (выработка 24,5×17,1 м).
В последнее десятилетие в связи со значительным развитием автомобильного транспорта развернулось строительство горных автодорожных тоннелей, среди которых наиболее крупным является Монбланский тоннель длиной 11 200 м, построенный в 1959—1964 гг. Проектируется Большой Сен-Готардский тоннель длиной 16 320 м.
Наряду со строительством горных тоннелей развивалось и строительство тоннелей подводных, в первую очередь на железных, а позднее и на автомобильных дорогах.
Строительство подводных тоннелей стало возможным благодаря применению тоннельных щитов и использованию сжатого воздуха для оттеснения воды из выработки и сборной обделки, составляемой из чугунных элементов — тюбингов.
Впервые тоннельный щит был применен Брюнелем при постройке тоннеля под р. Темзой, но получил всеобщее признание лишь после его усовершенствования в 1869 г. Барлоу и Грэйтхэдом. Грэйтхэдом же был впервые успешно применен сжатый воздух для проходки тоннеля Лондонского метрополитена в 1886 г., хотя проходка шахтного ствола под сжатым воздухом была осуществлена Тригером еще в 1839 г.
Щитовым способом построено много подводных тоннелей, особенно в США. Только в Нью-Йорке имеется 20 крупных подводных тоннелей, из которых наиболее значительным является Линкольнский тоннель под р. Гудзон, пройденный вдавливанием щита в илистый грунт с рекордной скоростью 13,5 м в сутки (наружный диаметр 9,43 м, длина подводной части 1 397 м, общая длина 2 495 м.) Наиболее длинным подводным тоннелем в мире будет сооружаемый в настоящее время между островами Хоисю и Хоккайдо (Япония) железнодорожный тоннель Сейкен длиной 36,5 км, из которых 22 км будет пройдено под дном морского пролива Цугару. Самое большое поперечное сечение среди подводных тоннелей имеет Мерсейскнй тоннель (Англия), сооруженный в скальных породах без применения сжатого воздуха (наружный диаметр 14,1 м, длина подводной части 1 372 м, общая длина 3 425 м).