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

Тоннель отличался от лондонского метро. Он был построен скорее по образу и подобию Тауэрского тоннеля и состоял из сдвоенных чугунных труб диаметром более 10 футов каждая. Грейтхед использовал увеличенный вариант щита, который изобрел и использовал в Тауэрском тоннеле двадцатью годами ранее. Щит продвигался вперед с помощью гидравлических домкратов. Если встречались сложные водоносные слои, которые находились не под дном реки, он использовал сжатый воздух, чтобы не допускать воду. Этот метод, запатентованный в 1830 году, использовался при строительстве фундаментов для мостовых опор и при прокладке ряда коротких тоннелей, но лишь с переменным успехом. Таким образом, Грейтхед первым использовал эти две техники вместе и создал прецедент для прокладки тоннелей в будущем – вплоть до наших дней. Максимальное давление воздуха на этом проекте – на 15 фунтов на квадратный дюйм выше атмосферного.

Источником энергии на железной дороге, соединившей Сити и Южный Лондон, с самого начала было электричество, хотя первые планы предусматривали канатную тягу. Это была первая подземная железная дорога, на которой использовалось электричество. Маленькие составы из трех прицепных вагонов тянули электрические локомотивы, изготовленные Siemens Brothers, которые весили всего 13½ тонны. В вагонах с очень маленькими окнами вмещалось 32 пассажира, правда, без особого комфорта. Средняя скорость поезда – 12–13 миль в час. После тридцатилетней службы трубы были перестроены и немного расширены, при этом движение не прекращалось.

В 1879 году было предпринято две эпохальные попытки использовать при строительстве тоннелей сжатый воздух без проходческого щита. Первая – в Антверпене. Там строился короткий тоннель шириной 5 футов и высотой 4 фута с одновременным проведением ряда гидротехнических работ на Шельде. Проект достиг своей цели. Вторая попытка была намного более масштабной. Это прокладка тоннеля под рекой Гудзон в Нью-Йорке. Де Витт Клинтон Хаскин, оптимистичный и очень состоятельный калифорниец, вдохновленный успешным использованием сжатого воздуха Идсом в 1869–1870 годах или Уильямом Суй Смитом при строительстве моста через Миссури, в 1873 году приехал в Нью-Йорк с самыми грандиозными планами. Он намеревался проложить под рекой тоннель, который позволит нескольким железным дорогам, заканчивающимся в Джерси и Хобокене, продлиться через тоннель до грандиозного общего вокзала, который следовало построить на Вашингтон-сквер. Гудзон здесь имеет ширину почти милю, а его глубина местами достигает 60 футов. Грунт под дном реки – почти жидкий ил. Вероятно, Хаскин знал о Тауэрском тоннеле Грейтхеда. Он, по-видимому, был непоколебимо уверен в том, что сжатый воздух сделает проходческий щит ненужным.

Он начал работы с шахты на 15-й улице в Джерси в 1874 году. После многолетней задержки из-за судебных тяжб в 1879 году он приступил непосредственно к прокладке тоннелей. Они имели эллиптическую форму, ширину 16 футов, высоту 18 футов и были выложены 3-футовой кирпичной кладкой внутри оболочки из железа толщиной ¼ дюйма. Летом 1880 года сжатый воздух не смог сдержать ил в одном месте, в непосредственной близости к шахте в Нью-Джерси, и 20 человек утонули. Работы позже возобновились, но снова прекратились в 1882 году, когда закончились средства. Хаскин продвинулся на 1600 футов в северном тоннеле и на 600 футов в южном, все со стороны Нью-Джерси. В 1889 году лондонская фирма «Пирсон и сын», имевшая большой опыт прокладки тоннелей и подземных работ, снова взялась за этот проект и работала над ним больше двух лет. Надо было восстановить уже построенную часть тоннеля и продлить его, используя чугунную обкладку, что к этому времени стало обычной практикой. Эта фирма умела использовать проходческий щит и сжатый воздух совместно. Инженеры столкнулись с беспрецедентной трудностью в виде пластов коренной породы вблизи нью-йоркского берега. Никто не знал, как вести работы в тоннеле, проходящем частично в иле, частично в камне. В 1892 году и у британской компании закончились деньги, и работы остановились. Компания построила 1800 футов тоннеля в обкладке из чугуна.

Примерно в это же время тоннель диаметром 10 футов и длиной 2500 футов в обкладке из чугуна прокладывался под Ист-Ривер на глубине почти 125 футов под водой. Этим занималась газовая компания «Ист-Ривер». Тоннель соединил Манхэттен и Лонг-Айленд. С самого начала предполагалось, что тоннель почти полностью пройдет сквозь камень, поэтому проходческий щит не был подготовлен, и сжатому воздуху особого внимания не придавали. Через несколько месяцев тоннель, продвигаясь с разных сторон, вошел в мягкий водоносный слой, который сжатый воздух при безопасных давлениях не мог держать. После многих бесполезных попыток подрядчик отказался от продолжения строительства, и оно было поручено Чарльзу М. Джейкобсу (1850–1919), британцу по рождению. Тот немедленно собрал проходческие щиты. В мягком водоносном слое работы сразу пошли быстрее. В конце 1894 года тоннель был достроен и полностью готов для установки 39-дюймовой газовой трубы и прокладки узкоколейной железной дороги. Этот тоннель стал своего рода экспериментальной лабораторией для разработки принципов прокладки субаквальных тоннелей в регионе Нью-Йорка. Проблемы со щитами и сжатым воздухом здесь успешно решались в самых разных условиях, в том числе для взрыва каменной породы в тоннеле, части которого располагались в мягком водоносном слое.

После завершения прокладки этого тоннеля Джейкобсу предложили рассмотреть вопрос об осуществимости и возможной цене завершения строительства двух гудзонских речных тоннелей, которые остались «похороненными» в иле с тех пор, как фирма Пирсона прекратила работы в 1892 году. В 1902 году за дело взялась американская фирма, президентом которой был Уильям Г. Макаду, а инженером – Джейкобс. Изначальный план был существенно изменен, и результатом в 1904–1905 годах стал тоннель Макаду как часть железной дороги Гудзон – Манхэттен.

До того как двойной речной тоннель был построен, возникли две необычные ситуации. Было установлено, что в илистом слое общая нагрузка в 2500 тонн, которую оказывали 11 гидравлических домкратов на щит, часто была достаточна, чтобы продвинуть его вперед без необходимости использования других приспособлений. После этого «слепая проходка» – так ее назвали – стала общепринятой процедурой. При использовании этого метода в одном из тоннелей было пройдено за день 72 фута. Однажды возле нью-йоркского берега проходчики наткнулись на каменную жилу, и имело место несколько воздушных выбросов. Речь идет о выбросе сжатого воздуха в тоннель, после чего образовался гигантский пузырь, пробившийся через мягкий ил и, вероятно, вынесший на поверхность людей и оборудование. С барж стали сбрасывать глину, чтобы укрепить речное дно над тоннелем. Глина, опускавшаяся вниз, становилась почти жидкой и задачу не выполнила. Слой глины затвердел, когда внутри тоннеля разожгли горелки, и дал возможность продолжать работу. Джейкобс впоследствии говорил, что никогда раньше в истории люди не изготавливали кирпичи под дном реки. Первая пара тоннелей (северная) была закончена в 1904 году, спустя 30 лет после начала проекта Хаскином.