Boucliers de tunnel: description, objectif. Forage horizontal

L'histoire des boucliers tunneliers a commencé au siècle dernier en Angleterre. Le premier bouclier a été construit par l'ingénieur Brunel pour creuser un tunnel sous la Tamise.

Afin de comprendre la structure des complexes de tunnels de boucliers modernes, nous allons d'abord comprendre d'où vient le concept même de "bouclier", car ce que nous voyons sur les photographies n'a rien à voir avec l'armure chevaleresque :-). Ce dispositif s'appelait bouclier (de l'anglais "shield") car la tâche principale était de protéger les plombs en face de l'effondrement de la roche dans la courte section entre la face et l'endroit où se trouvait le revêtement permanent du tunnel. déjà prêt. Peu à peu, la conception des boucliers est devenue plus compliquée - d'une structure en acier simplement fermée (d'ailleurs, les premiers boucliers n'étaient pas du tout ronds) à des complexes de tunnels complexes modernes.

Sur les premiers boucliers, le sol du visage était sélectionné manuellement par des ouvriers à l'aide d'une pelle, d'une pioche, plus tard d'un marteau-piqueur, et retiré à travers le tunnel construit sur des chariots. Pour déplacer le bouclier vers l'avant, des vérins à vis ont été utilisés, qui reposaient contre la section finie du revêtement du tunnel et poussaient le bouclier vers l'avant. Par la suite, des vérins hydrauliques ont commencé à être utilisés à la place des vérins à vis. C'était déjà un énorme pas en avant, augmentant considérablement le taux de pénétration. Les vérins puissants restent l'un des principaux composants des complexes de tunnels modernes. L'étape suivante a été l'utilisation presque universelle de revêtements préfabriqués à partir de gros éléments - à l'origine - des tubes en fonte. Cette conception de la doublure présente un certain nombre de qualités remarquables - en plus de la capacité de résister à une pression et à une étanchéité gigantesques, il est important que l'anneau soit assemblé à partir de matériaux non ferreux un grand nombre grands éléments. L'utilisation de mécanismes permettant de placer immédiatement les tubes dans la position requise (empileurs de tubes) a considérablement augmenté la vitesse de construction du revêtement.

Dans les sols saturés en eau, les travaux étaient souvent réalisés à l'aide d'un caisson. Le tunnel derrière le bouclier était bloqué par une cloison étanche, une écluse était installée pour le passage des personnes au front. L'air comprimé était pompé dans le visage par un compresseur. La pression portée à plusieurs atmosphères a permis d'expulser littéralement l'eau dans les profondeurs de la roche et a exclu son entrée dans le front. Cependant, le travail des plombs à haute pression imposait de sérieuses restrictions - la durée du quart de travail ne dépassait pas 2 heures, puis une longue écluse a été réalisée. Les constructeurs ont souvent développé un mal de décompression, qui nécessitait de nombreuses heures dans la chambre de pression.

Au fur et à mesure que la taille des tunnels augmentait, des plates-formes horizontales sont apparues devant le bouclier, ce qui a permis aux ouvriers de développer le sol simultanément à partir de deux niveaux (et parfois plus). Cependant, le taux de pénétration était encore très faible en raison de la grande quantité de travail manuel, des contraintes d'espace, des accidents fréquents, des éclats de pierres et des percées d'eau souterraine dans le visage. Le premier bouclier de tunnel en URSS a fonctionné lors de la construction du tunnel sur le tronçon "Place Dzerzhinsky" ("Lubyanka") - "Okhotny Ryad". Là, pour la première fois au monde, un revêtement en béton préfabriqué a été utilisé. Lors de la construction de la deuxième étape, 42 boucliers travaillaient sur les voies en même temps - c'est un record mondial absolu. Des tunnels de gare ont également été construits avec des complexes de boucliers de grand diamètre.

Pour la conduite dans des sols sablonneux, les boucliers ont commencé à être équipés dans la tête de plates-formes de dissection horizontales qui empêchent le visage de se détacher.Un tel bouclier est pressé dans la roche avec des vérins, le sol est déversé et collecté par un chargeur.

L'étape suivante a été l'exclusion presque complète du travail manuel, en raison de la mécanisation du processus de développement de la roche dans le trou de fond. En règle générale, un puissant rotor en acier avec des couteaux est installé sur l'axe du bouclier, ce qui développe la roche dans le visage. Ensuite, la roche est acheminée vers le convoyeur, d'où elle est versée dans des chariots et transportée à travers le tunnel déjà construit. Il existe des boucliers avec un corps de travail de godet - pour les roches plus tendres.

Pour la première fois en URSS, un bouclier mécanisé expérimental a travaillé en 1949 à la construction de la ligne Koltsevaya à Moscou et a construit plusieurs centaines de mètres d'un tunnel dans la section "Kyiv" - "Park Kultury". L'utilisation généralisée des boucliers mécanisés a commencé dans la seconde moitié des années 50 dans le rayon de Riga (bouclier mécanisé de la soi-disant conception de Moscou), à Leningrad sur tout le parcours (le soi-disant bouclier de Leningrad) et à Kyiv (respectivement, le bouclier de Kyiv). Différentes constructions ont été déterminées par différents sols: à Moscou - un "sandwich" de calcaires / argiles jurassiques / loams et loams sableux secs, à Saint-Pétersbourg - argiles cambriennes sèches denses, à Kyiv - argiles plastiques molles.

Pour la conduite dans des sols complexes saturés d'eau, la caisson (travail sous pression d'air comprimé) du fond de trou a commencé à être utilisée. Le travail d'un plombeur s'est transformé en un travail qualifié d'opérateur. Moyens de navigation modernes - les gyroscopes et les théodolites laser permettent au bouclier de maintenir avec précision les valeurs de conception de l'itinéraire, à la fois en plan et en profil. Le travail manuel n'était conservé que lorsqu'il était nécessaire de remplacer les couteaux usés. Le record du monde de vitesse de tunnel - 1250 mètres de tunnel par mois - a été établi par le bouclier de série KT-1-5.6 sur le chantier de construction du tunnel de distillation à Leningrad dans la section de Pionerskaya à Udelnaya en 1981. Dans les années 70 - 80, ces boucliers étaient considérés parmi les plus avancés au monde.

Lors de la construction de tunnels dans des sols saturés d'eau instables, il était nécessaire d'utiliser des méthodes spéciales complexes - assèchement, gel du sol, ce qui réduisait considérablement la vitesse et augmentait le coût de la construction. Les exigences se sont de plus en plus resserrées, l'affaissement de la surface qui s'est produit dans le passé est désormais inacceptable, car un immense réseau de conduites d'eau et de gaz se trouvait près de la surface de la terre, câbles électriques, lignes de communication qui assurent la vie d'une grande ville.

Toutes ces lacunes sont dépourvues de boucliers avec le soi-disant "poids au sol" (EPB, Earth Pressure Balance).

Pendant le fonctionnement du bouclier, la roche développée est d'abord introduite dans la chambre étanche de la charge du sol. Le sol est retiré de cette chambre à l'aide d'un convoyeur à vis (comme dans un hachoir à viande :) uniquement lorsque sa pression dans la chambre est égale à la pression dans le visage, ceci est surveillé par des capteurs spéciaux. Ainsi, un maintien constant de la pression sur le fond de puits est assuré, aussi bien lorsque le bouclier avance, que lorsque les vérins du bouclier se rétractent pour installer l'anneau de garnissage suivant.

Aujourd'hui, les tunnels sont construits dans les conditions techniques et géologiques les plus difficiles. Dans les sols instables flottants, avec une pression importante des eaux souterraines, avec l'inadmissibilité d'un affaissement même léger de la surface, des complexes de tunnels avec une charge hydraulique ("Slurry Shield") sont utilisés. Dans de tels complexes, une solution de bentonite est injectée dans la partie de fond sous la pression nécessaire (on peut parler d'une dizaine d'atmosphères), ce qui permet de maintenir le fond de puits en position stable même dans les sols de sables mouvants les plus lourds. La roche développée, broyée à l'état de pulpe, est évacuée avec la bentonite par un pipeline. Dans la chambre de séparation, la roche est séparée et la solution de bentonite est récupérée. Le sol séparé de la bentonite est extrait par le tunnel déjà construit et la solution de bentonite est renvoyée dans la chambre de charge hydraulique. En fonction des conditions de conduite et des caractéristiques du sol, la formulation du mortier de bentonite est constamment ajustée. Dans le cadre du complexe, il existe un laboratoire de chimie qui examine la composition du sol et apporte les modifications appropriées à la formulation de la solution.

S'il est nécessaire d'effectuer des travaux dans la zone de fond de trou - remplacez les fraises du rotor, etc. (à propos, tous ces travaux peuvent être effectués à partir de la chambre de la charge du sol, c'est-à-dire "à l'intérieur" du bouclier), la solution de bentonite dans la chambre de la charge hydraulique est déplacée par de l'air comprimé. Des restes de bentonite sous forme de film et un coussin d'air comprimé maintiennent le visage, tandis que des spécialistes accèdent aux organes exécutifs du bouclier.

À l'aide de complexes de tunnels à charge hydraulique, des tunnels ont été construits dans les conditions techniques et géologiques les plus difficiles, un complexe similaire "Victoria" a été utilisé lors de la construction de nouveaux tunnels à travers la zone "Erosion" à Saint-Pétersbourg. À Moscou, le complexe de tunnels Herrenknecht d'un diamètre de 14,2 mètres a achevé avec succès l'excavation d'un tunnel routier sous la rivière Yauza et le parc Lefortovsky le long du troisième anneau de transport. Maintenant, ce complexe conduit un tunnel combiné auto-métro le long du tracé de la future perspective Krasnopresnensky sous la foresterie Serebryanoborsky.

Richard Lovat, fondateur de la célèbre société LOVAT, a décidé que tous les complexes produits par sa société seraient portés noms féminins en l'honneur de la patronne des travaux souterrains, Sainte Barbe. Avec son main légère origines de la tradition romantique. À présent beaux noms il y a non seulement des boucliers avec la marque "LOVAT", mais aussi des complexes d'autres fabricants. Par conséquent, "Clavdia", "Katyusha", "Polina" et "Olga" travaillent à Moscou, à Kazan - "Syuyumbike" et "Altynchyach" (Goldilocks), et "Victoria" ont surmonté héroïquement les conditions les plus difficiles de "Smear" à Saint-Pétersbourg.

Ici, nous n'avons couvert qu'une petite partie du grand nombre de complexes de tunnels de boucliers. Il existe des boucliers pour la construction de tunnels avec un revêtement monolithique en béton pressé, des boucliers pour le revêtement élargi dans le sol, des boucliers pour la construction de tunnels à partir de tuyaux, des microboucliers et même des complexes de boucliers pour les travaux à ciel ouvert !

La pensée de l'ingénierie ne s'arrête pas, et aujourd'hui se construisent des complexes combinés tunnel-forage pouvant fonctionner en mode hydraulique et en charge du sol, afin de mieux répondre aux conditions géologiques rencontrées le long du tracé du tunnel.

Merci à Oleg Makarov, Russos et Shturman pour leur aide dans la préparation du matériel et les illustrations fournies.

Étapes de construction du métro :

Sélection de l'emplacement

Tout d'abord, le métro est posé dans des zones reculées de la capitale. Cela prend en compte le nombre de personnes qui y vivent et le nombre de logements qui seront construits à l'avenir, ainsi que s'il y a entreprises industrielles, clusters d'entreprises et grands centres de bureaux où les gens viennent travailler tous les jours. Le choix de l'emplacement de la nouvelle gare est également influencé par un facteur tel que la population des quartiers voisins et même de la région de Moscou. Il est souvent décidé de construire une gare là où le trafic de voitures est le plus dense.

Enquête d'ingénierie

À ce stade, la collecte des informations nécessaires au développement ultérieur d'une étude de faisabilité du projet et de la documentation de travail pour la construction a lieu. La composition des levés techniques pour la construction du métro devrait inclure des levés géologiques, géodésiques, environnementaux et autres selon les besoins.

Concevoir

A ce stade, la profondeur de pose, les types de structures et la méthode de pénétration sont déterminés. tunnels souterrains, la documentation de conception et de devis est établie. En termes simples, les concepteurs déterminent le "trajet" optimal de la route souterraine et l'emplacement de la station.

Le projet est préparé de manière à ce que la construction n'endommage pas les monuments architecturaux, les bâtiments en surface, les parcs et les places, et en même temps coûte le moins possible au budget. Si le tracé du tunnel passe à proximité d'installations existantes, alors, si nécessaire, des méthodes de protection technique de ces structures contre le bruit, les vibrations et les courants vagabonds qui surviennent lors de la construction et de l'exploitation des lignes de métro sont développées.

Construction

À partir de quels objets sont situés à la surface, cela dépend principalement de la profondeur à laquelle la nouvelle station ira. Sous les autoroutes, le métro peut «se cacher» à une très faible profondeur - moins de 20 mètres. C'est l'option la plus économique et elle est sélectionnée pour la plupart des nouvelles stations. Si les bâtiments résidentiels sont au-dessus, vous devrez alors «descendre» plus profondément.

Il existe une méthode de construction fermée, sans ouvrir la surface, et une méthode ouverte, dans laquelle les tunnels et les stations sont construits, respectivement, dans des tranchées et des fosses creusées, puis recouvertes de terre.

La méthode fermée est utilisée dans la construction de lignes profondes, les stations peu profondes sont construites principalement voie ouverte.

La construction d'un métro "profond" commence par la pose d'un puits pour une cage (ascenseur), qui livrera les constructeurs de métro et les équipements nécessaires "pour lieu de travail". La plate-forme qui éclate autour du coffre peut être comparée à un immense escalier. C'est là que le tunnel commence. Sur le même stand, après forage, des dizaines de tonnes de terre remontent chaque jour à la surface.

Plus la station est profonde, plus elle est chère et nécessite plus de ressources. En 2011, à Moscou, il a été décidé de poser la majorité des nouvelles gares à ciel ouvert. Il suffit de creuser une fosse, d'installer ouvrages en béton, remblayer et poser les voies à l'intérieur du couloir ainsi obtenu. Ce n'est pas seulement moins cher, mais aussi beaucoup plus rapide que la construction de stations profondes.

Le creusement et le renforcement des tunnels sont réalisés avec des tubes en fonte ou des blocs de revêtement en béton armé étanche.

Installation d'escalators

Parallèlement à la pose du tunnel, la gare elle-même et le système de transition sont en cours de construction, puis les communications sont posées dans le métro et les escaliers mécaniques sont montés.

Dans les stations de métro souterraines profondes, des escaliers mécaniques sont installés dans de longs tunnels inclinés - sorties. La grande longueur de tels escaliers mécaniques impose des exigences particulières quant à la solidité de leur conception et à la fiabilité des freins.

Pour une pose peu profonde, des escaliers mécaniques étage par étage sont utilisés. Ce qui est important - toutes les nouvelles gares sont également équipées d'ascenseurs pour les personnes handicapées.

Design d'intérieur

Le métro métropolitain est considéré comme le plus beau du monde. Dans la plupart des pays, les stations sont utilitaires et indiscernables les unes des autres. Malgré le fait que maintenant les stations du métro de Moscou sont construites selon projets standards, chacun d'eux développe sa propre solution architecturale et de conception.

Vous pouvez voir les projets de conception des stations de métro de Moscou en construction.

PROJETS TYPIQUES :

Pour les stations peu profondes, trois types principaux sont utilisés :

Station voûtée, avec une plate-forme ouverte sans colonnes;

Deux travées avec des colonnes au milieu de la plate-forme (pour les stations peu profondes) ;

À trois travées (pour les stations peu profondes).

Au centre de Moscou, en raison de la densité des bâtiments historiques, il est utilisé ancien type stations de pose profonde de deux types - à colonnes et pylône.

Des technologies pour aider les constructeurs de métros

Complexes de tunnels

Dans les années 1930, les premières stations du métro de Moscou sont construites à la main : à la pioche et à la pelle. Aujourd'hui, les technologies de pointe font partie de l'arsenal des constructeurs de métros. Pour la pose des tunnels de métro, une structure robuste entièrement automatisée appelée «bouclier de conduite» est utilisée. Probablement, il peut être comparé à un "ver d'acier" qui fore un chemin à travers la masse rocheuse, laissant derrière lui un tunnel fini.

Selon la légende, l'Anglais Mark Brunel, l'inventeur du premier "bouclier tunnelier" au monde, a vraiment imaginé un tel design après s'être habitué au "travail" d'un ver de navire ordinaire lorsqu'il servait dans la marine. Il a remarqué que la tête du mollusque est recouverte d'une coquille dure, à l'aide des bords déchiquetés dont le ver s'est enfoncé dans l'arbre, laissant derrière lui une couche protectrice lisse de chaux sur les parois du passage.

L'idée d'une machine qui simplifiait grandement la construction de tunnels a pris forme en 1817, lorsque l'empereur russe Alexandre Ier s'est tourné vers Brunel avec une demande de conception d'un tunnel sous la Neva à Saint-Pétersbourg. Certes, l'ingénieur n'a pas réussi à travailler en Russie - l'empereur a finalement décidé de construire un pont à l'endroit prévu.

Néanmoins, en 1818, le premier bouclier de Brunel est breveté et en 1825, avec son aide, la construction d'un tunnel sous la Tamise commence.

Le premier jour après l'ouverture de l'étonnante structure, 15 000 personnes ont traversé le tunnel. Depuis lors, le Royaume-Uni a été considéré à juste titre comme un pionnier du forage au bouclier, et la méthode du bouclier elle-même a littérature spécialisée appelé "Londres".

Dans notre pays, dans la construction du métro, le bouclier de tunnel a été utilisé pour la première fois en 1934 pour conduire une section difficile de la première étape du métro de Moscou entre la place du Théâtre et la Loubianka. Et lors de la construction de la deuxième étape du métro de Moscou, 42 boucliers travaillaient déjà sur les voies en même temps - un record en termes de volume d'équipements utilisés. Depuis, plus de 70 % des tunnels du métro de la capitale ont été construits avec cette technologie.

Sur les premiers boucliers, comme déjà indiqué, le sol a été sélectionné manuellement par des ouvriers à l'aide d'un marteau-piqueur et retiré à travers un tunnel déjà construit sur des chariots. Pour déplacer le bouclier vers l'avant, des vérins à vis ont été utilisés, qui reposaient contre la section finie du revêtement du tunnel et poussaient la voiture vers l'avant.

Les dimensions des tunnels ont augmenté et la conception du "ver" a également été améliorée: des plates-formes horizontales sont apparues dans sa partie avant, ce qui a permis aux ouvriers de développer le sol simultanément à partir de deux niveaux (et parfois plus). Cependant, en raison de la grande quantité de travail manuel et des accidents fréquents, le taux de pénétration laissait beaucoup à désirer.

Le processus a été considérablement accéléré par l'utilisation d'un revêtement préfabriqué à partir de gros éléments - initialement - des tubes en fonte. Des anneaux géants formant des tunnels ont commencé à être assemblés à partir de plusieurs éléments.

La prochaine étape dans «l'évolution» des complexes de tunnels a été le développement de structures avec la soi-disant «charge au sol». Lors du fonctionnement d'un tel bouclier, la roche est d'abord introduite dans une chambre étanche, à partir de laquelle le sol est retiré selon le principe du «hachoir à viande» à l'aide d'un convoyeur à vis.

Aujourd'hui, les tunnels sont construits dans les conditions techniques et géologiques les plus difficiles, et les boucliers modernes sont conçus pour creuser des tunnels dans divers sols, y compris des sols instables. Les complexes fonctionnent en deux cycles : d'abord ils aménagent le sol, puis ils construisent le revêtement en procédant à la pose des blocs. La vitesse moyenne des boucliers "conduits" est aujourd'hui de 250 à 300 m par mois, le coût moyen est de 13 à 15 millions d'euros.

Les constructeurs de Moscou ont été les premiers au monde à poser des tunnels inclinés pour les zones d'escaliers mécaniques à l'aide de boucliers de tunnel. Sur ordre de Mosmetrostroy, la société canadienne Lovat a développé et fabriqué un complexe de forage de tunnels d'un diamètre extérieur de 11 m. C'est avec son utilisation que les constructeurs de métro de la capitale ont d'abord réalisé un tunnel de protection pour les escaliers mécaniques. Cela s'est produit à la station Maryina Roshcha sur la ligne de métro Lyublinsko-Dmitrovskaya.

Soit dit en passant, la vie quotidienne des constructeurs de métros n'est pas du tout dépourvue de romantisme: une fois, Richard Lovat, le fondateur du célèbre fabricant de boucliers de tunnel LOVAT, a décidé que tous les complexes produits par son entreprise porteraient des noms féminins en l'honneur de la patronne des travaux souterrains, sainte Barbara. Avec sa main légère, une tradition est née - attribuer des noms féminins aux boucliers. C'est pourquoi des voitures portant les noms "Claudia", "Katyusha", "Polina" et "Olga" fonctionnent à Moscou.

Solution de problèmes géologiques

L'ennemi le plus insidieux des tunneliers des mines souterraines est le sable mouvant : des masses de sable presque poussiéreux avec un mélange de 10 à 15 % d'argile, comme une éponge imbibée d'eau.

Dans les années 30 du siècle dernier, lors de la construction du premier métro dans la capitale, les constructeurs de métro étaient confrontés à des conditions hydrogéologiques très difficiles. En même temps, un système a été appliqué contre l'effondrement du sol et d'autres problèmes typiques qui menacent les tunnels, qui à ce jour est considéré comme l'un des plus réfléchis et fiables. Nous parlons de congélation des sols basée sur un système simple mais efficace.

Il existe plusieurs façons de congeler, la plus ancienne d'entre elles est la soi-disant "saumure".

Il consiste dans le fait que le lieu de travail est clôturé de la masse totale de l'aquifère par un mur de pergélisol. Un sol gelé d'un mètre ou deux d'épaisseur à une température de -12 degrés résiste pratiquement à toute pression de roches et résiste parfaitement à la pénétration des eaux souterraines. Comment faire descendre le froid sous terre ? Ceci est obtenu à l'aide de dispositifs artificiels provenant de machines de réfrigération spéciales.

La machine frigorifique est basée sur le fait que le réfrigérant (ammoniac liquide, fréon, etc.), qui est autorisé des réservoirs dans les colonnes de congélation préparées, enlève de environnement chaleur. Ses vapeurs sont à nouveau liquéfiées à l'aide d'un compresseur et d'un condenseur, et le froid formé dans l'évaporateur est utilisé pour refroidir la saumure de chlorure de calcium qui ne gèle pas. La saumure à une température de -25 degrés entre dans le système de refroidissement. Pour son installation, des puits d'un diamètre de 150 à 200 millimètres sont forés le long du contour de la mine à une distance d'un mètre les uns des autres. Des colonnes de congélation composées de doubles tuyaux sont descendues dans les puits. La saumure de congélation entre par le tuyau central et par le tuyau extérieur, après un chauffage naturel dans le sol, elle retourne à la machine de réfrigération. Ainsi, la circulation de la saumure est continue.

Après environ un mois de fonctionnement de la machine de réfrigération, le sol autour des colonnes de congélation individuelles gèle en une masse monolithique, qui protège le site minier de la pénétration des eaux souterraines et de la chute des murs. Maintenant, la machine de réfrigération ne devrait supporter que l'anneau de pergélisol jusqu'à ce que ses parois soient élaborées et fixées.

Une méthode plus moderne est la congélation à basse température à l'aide d'azote liquide.. C'est un liquide incolore dont la température d'évaporation est très basse (à la pression atmosphérique elle est de -195,8 o C).

L'azote liquide est obtenu dans des installations spéciales en liquéfiant l'air atmosphérique à basse température, puis en le séparant en azote liquide et en oxygène, qui ont différentes températuresévaporation. L'azote liquide est transporté dans des conteneurs spéciaux (réservoirs).

Contrairement à d'autres réfrigérants industriels (ammoniac, fréon), qui ne peuvent être utilisés que dans un système fermé d'une unité de réfrigération, l'azote liquide est utilisé une seule fois (le gaz d'évaporation est rejeté dans l'environnement).

La méthode de congélation à basse température utilisant de l'azote liquide présente un certain nombre d'avantages par rapport à la congélation conventionnelle (saumure). Lors de la congélation avec de l'azote liquide, les stations de congélation et les réseaux de canalisations ne sont pas nécessaires. L'azote liquide livré sur le chantier depuis les réservoirs est immédiatement rejeté dans les colonnes de congélation. Le taux de congélation augmente, ce qui est particulièrement important aux taux de filtration élevés des eaux souterraines, ainsi qu'à l'entrée des eaux thermales et minéralisées. La congélation de 1 m 3 de sol contenant jusqu'à 30 % d'eau consomme 1 000 litres d'azote liquide. L'azote liquide est antidéflagrant et ignifuge et non toxique.

Cependant, ces deux méthodes ont récemment été utilisées assez rarement. L'azote liquide est un plaisir déraisonnablement cher, de plus, il faut plus d'un mois pour «combattre» le sol. Par conséquent, le gel n'est utilisé aujourd'hui que lors de la conduite de tunnels d'escaliers mécaniques inclinés.

Pour les autres cas, il existe une alternative plus avancée et assez économique - la technologie du jet grouting, ou jet grouting. Il s'agit d'une méthode de stabilisation du sol basée sur la destruction et le mélange simultanés du sol avec un jet de mortier de ciment à haute pression. À la suite du jet grouting du sol, des colonnes cylindriques d'un diamètre de 600 à 2000 mm s'y forment.

La technologie est apparue presque simultanément dans trois pays - Japon, Italie, Angleterre. L'idée d'ingénierie s'est avérée si fructueuse qu'au cours de la dernière décennie, elle s'est instantanément répandue dans le monde entier.

L'essence de la technologie est d'utiliser l'énergie d'un jet à haute pression de mortier de ciment pour la destruction et le mélange simultané du sol avec du mortier de ciment en mode mix-in-place (mélange en place). En conséquence, des pieux sont formés dans le massif du sol à partir d'un nouveau matériau - le béton du sol - avec des caractéristiques de portance et d'étanchéité suffisamment élevées.

L'installation de pieux en béton de sol s'effectue en deux étapes : la réalisation d'un parcours direct (forage d'un puits) et d'un parcours inverse du train de tiges. Pendant le mouvement inverse, la colonne est soulevée avec sa rotation simultanée.

Avec l'aide du jet grouting, une fosse de fondation très solide est obtenue et des fondations fiables sont construites pour tous les bâtiments. Un champ de pieux est créé en damier, un pieu chevauche l'autre et un monolithe est obtenu - un rocher. Et vous pouvez tout construire dessus. Cette technologie est particulièrement efficace lorsqu'il est nécessaire de construire des objets dans un sol sablonneux, dans de l'argile plastique molle ou dans d'autres sols mous.

Grâce à ces technologies, les constructeurs de métros peuvent aujourd'hui travailler dans les conditions géologiques les plus difficiles, en posant des tunnels qui conduisent le métro vers de nouveaux quartiers de la capitale.

« Précieux » outils

Pas sans les nanotechnologies dans la construction du métro. Aujourd'hui, les constructeurs peuvent utiliser des outils innovants - forets diamantés, fraises et piqûres..

Initialement, ce savoir-faire était utilisé pour le forage du béton armé et d'autres matériaux de construction et s'est avéré si pratique qu'il a commencé à être utilisé pour des opérations minières complexes en sol rocheux. Cela augmente considérablement le niveau de sécurité du travail et la vitesse de pénétration - la construction est parfois littéralement accélérée. Fait intéressant, le coût de l'équipement "diamant" n'est pas beaucoup plus élevé que d'habitude - la différence de prix n'est que de 10 à 15%.

Les outils traditionnels obsolètes ne sont pas en mesure de fournir un tel nombre d'avantages technologiques. Ainsi, une perceuse au diamant peut faire des trous dans n'importe quel plan et à n'importe quel angle, en utilisant la méthode du contour, vous pouvez obtenir des trous rectangulaires réguliers de n'importe quelle taille souhaitée, et vous obtenez un contour idéal. Les outils "précieux" vous permettent de travailler dans les espaces les plus étroits et exigus, ils peuvent manipuler des matériaux de toute dureté. Plus important encore, la méthode est silencieuse et respectueuse de l'environnement.

bouclier de tunnel, ou Complexe de tunnels(TPK) - un appareil conçu pour la construction de tunnels souterrains.

Histoire des boucliers

Voici à quoi ressemblait le bouclier de Brunel

Le premier bouclier tunnel a été inventé par l'ingénieur anglais Mark Isambard Brunel en début XIX siècle, prenant comme base le principe du ver marin. En 1814, Brunel proposa à l'empereur russe Alexandre Ier de construire un tunnel sous la Neva à l'aide d'un dispositif fraîchement inventé, mais le tyran arriéré préféra un pont banal. Mark Isambard était bouleversé, mais pas trop : en 1818, il fit breveter son bouclier et, en 1825, la construction d'un tunnel sous la Tamise commença. Depuis lors, la Grande-Bretagne a été considérée à juste titre comme un pionnier de la pénétration des boucliers. De plus, la méthode du bouclier elle-même était appelée "London" dans la littérature spécialisée.

Copie soviétique du bouclier anglais sur la place du théâtre à Moscou

En Union soviétique, le bouclier a été construit pour la première fois en 1934 pour traverser une section difficile de la première étape du métro de Moscou entre la place Teatralnaya et Loubianka. Malgré le fait que les propagandistes soviétiques présentaient ce fait comme une victoire pour l'industrie socialiste, en fait le bouclier soviétique était une copie du bouclier anglais de Markham and Co., qui était auparavant acheté pour des devises étrangères et travaillait déjà sur le même site .

Ce qui est curieux - le bouclier anglais est arrivé sur le chantier sous une forme démontée, bien sûr, mais sans dessins ni documents. Comme la possibilité qu'ils aient été baisés par les Britanniques est absurde, les xénobiologistes modernes pensent que des ingénieurs soviétiques curieux copiaient les dessins à ce moment précis. En conséquence, les batteurs du Komsomol ont dû assembler le bouclier anglais à l'aide de marteaux, de l'ingéniosité des gens, de telle ou telle mère et d'un consultant étranger. Le bouclier soviétique est entré en service littéralement en quelques mois - il est bien évident qu'il est physiquement impossible de créer un appareil d'une telle complexité à partir de zéro, sans avoir la moindre expérience dans ce domaine - même si le camarade Kaganovitch le demande vraiment.

Dispositif de blindage

Le bouclier de tunnel classique se compose d'un corps de travail (c'est ce qu'ils creusent), d'un tuyau (pour que le sable et la terre ne coulent pas d'en haut), d'un monteur (c'est avec quoi les blocs sont posés, et non ce que vous pensiez) et vérins avec lesquels le bouclier est repoussé du tunnel construit.

Classement du bouclier

Du point de vue des grimpeurs souterrains, les boucliers se répartissent en quatre catégories :

Un tuyau rouillé avec des vérins qui pourrissait autrefois sur le chemin de Strogino à Mitino

Tuyau rouillé avec vérins

Ancien bouclier soviétique de la série Shch ou ShchN. En tant que corps de travail, des ouvriers avec des marteaux-piqueurs et des pelles sont utilisés. Il n'a aucune valeur particulière pour l'organisation exploitante, par conséquent, dès que l'argent pour la construction est épuisé, il est jeté tel quel.

Des dizaines d'appareils de cette catégorie pourrissent sous les étendues de notre patrie. D'autres pourrissent dans les entrepôts secrets de la construction du métro. Dès que le coût du pétrole atteint 130 dollars le baril, il y a beaucoup d'argent pour la construction des métros, et les boucliers étrangers manquent cruellement, la construction du métro prend une dizaine de tuyaux rouillés des entrepôts et les envoie au travail.

Travail manuel lourd - dans un passé lointain. Aujourd'hui, une structure entièrement automatisée et robuste appelée bouclier de tunnel est utilisée pour poser des tunnels de métro. Probablement, il peut être comparé à un "ver d'acier" qui fore un chemin à travers la masse rocheuse, laissant derrière lui un tunnel fini. Travail manuel lourd - dans un passé lointain. Aujourd'hui, une structure entièrement automatisée et robuste appelée bouclier de tunnel est utilisée pour poser des tunnels de métro. Probablement, il peut être comparé à un "ver d'acier" qui fore un chemin à travers la masse rocheuse, laissant derrière lui un tunnel fini.

Soit dit en passant, selon la légende, l'inventeur du premier "bouclier de tunnel" au monde, l'Anglais Mark Brunel, a vraiment imaginé un tel design après s'être habitué au "travail" d'un ver de navire ordinaire lorsqu'il servait dans la marine. Il a remarqué que la tête du mollusque est recouverte d'une coquille dure, à l'aide des bords déchiquetés dont le ver s'est enfoncé dans l'arbre, laissant derrière lui une couche protectrice lisse de chaux sur les parois du passage.

Cependant, en 1818, le premier bouclier de Brunel fut breveté et, en 1825, la construction d'un tunnel sous la Tamise commença avec son aide.

Dans la première machine, 36 mineurs ont immédiatement choisi le sol, chacun situé dans sa propre cellule. Après avoir creusé le sol de quelques centimètres, le bouclier a été légèrement avancé. Ce n'était pas une tâche facile, compte tenu de l'infiltration constante de l'eau (le fond de la rivière n'était qu'à quelques mètres au-dessus des voûtes de ce double tunnel). Plusieurs inondations au visage ont coûté la vie à sept ouvriers et une fois, le fils de Brunel a failli mourir. De plus, le gaz des marais s'est enflammé plus d'une fois sur le site de construction souterrain. Et pourtant, l'œuvre s'est terminée en triomphe. Le tout premier jour après l'ouverture de l'étonnante structure, 15 000 personnes ont traversé le tunnel. Depuis lors, la Grande-Bretagne a été considérée à juste titre comme le pionnier du forage au bouclier, et la méthode du bouclier elle-même a été appelée "Londres" dans la littérature spécialisée.

Et lors de la construction de la deuxième étape du métro de Moscou, 42 boucliers travaillaient déjà sur les voies en même temps - un record en termes de volume d'équipements utilisés. Depuis, plus de 70 % des tunnels du métro de la capitale ont été construits avec cette technologie, c'est-à-dire que toutes les stations sont peu profondes. Les constructeurs de Moscou ont été les premiers au monde à poser des tunnels inclinés à l'aide de boucliers de tunnel.

Le processus a été considérablement accéléré par l'utilisation d'un revêtement préfabriqué à partir de gros éléments - initialement - des tubes en fonte. Les anneaux géants qui forment les tunnels ont commencé à être assemblés à partir de plusieurs éléments.

Aujourd'hui, les tunnels sont construits dans les conditions techniques et géologiques les plus difficiles, et les boucliers modernes sont conçus pour creuser des tunnels dans divers sols, y compris des sols instables. Les complexes fonctionnent en deux cycles : d'abord ils aménagent le sol, puis ils construisent le revêtement en procédant à la pose des blocs. La vitesse moyenne des boucliers "conduits" est aujourd'hui de 80 à 100 m par mois, le coût moyen est de 20 millions d'euros.

Dans le métro, des tunnels inclinés sont également nécessaires - pour les zones d'escaliers mécaniques. Sur ordre de Mosmetrostroy, la société canadienne Lovat a développé et fabriqué un complexe de forage de tunnels d'un diamètre extérieur de 11 m pour la pose de tunnels d'escaliers mécaniques. Grâce à cette unité, les constructeurs du métro de la capitale ont été les premiers au monde à fabriquer un tunnel blindé pour les escaliers mécaniques. Cela s'est produit à la station Maryina Roshcha.

Soit dit en passant, la vie quotidienne des constructeurs de métros n'est pas du tout dépourvue de romance : une fois Richard Lovat, le fondateur du célèbre fabricant de boucliers de tunnel LOVAT, a décidé que tous les complexes produits par son entreprise porteraient des noms féminins en l'honneur de la patronne des travaux souterrains, sainte Barbara. Avec sa main légère, une tradition est née - attribuer des noms féminins aux boucliers. C'est pourquoi Claudia, Katyusha, Polina et Olga travaillent à Moscou.

Un peu sur les records de "bouclier": le plus grand complexe de tunnels au monde est une machine d'un diamètre de 19 mètres, qui peut poser 250 à 300 mètres d'un tunnel en deux niveaux par mois, pouvant accueillir quatre voies d'une autoroute et une ligne de métro . Un tel miracle technologique gigantesque coûte entre 60 et 100 millions d'euros.

Néanmoins, le leadership dans l'utilisation des complexes de tunnels appartient à Moscou. Dans la capitale, le bouclier Herrenknecht d'un diamètre de 14,2 m a achevé avec succès le forage du premier tunnel de métro combiné russe le long de la Zvenigorodsky Prospekt près de Serebryany Bor. Sur les 2,5 km du parcours, 1,5 ont été parcourus par la méthode du bouclier.

Aujourd'hui, le métro de Moscou s'est transformé en un immense chantier de construction - d'ici 2015, il est prévu de construire plus de 70 km de lignes de métro dans la métropole. Les tunnels du nouveau métro de Moscou sont creusés par plus de 20 immenses complexes - "taupes", offrant une vitesse et une qualité de travail élevées - et l'armée de ces machines irremplaçables sera reconstituée de sorte que d'ici 2020, la longueur des lignes de métro augmentera de 1,5 fois - jusqu'à 451,2 km.

Lors de la préparation du matériel, des photographies de blogueurs livejournal ont été utilisées: Alexander "Russos" Popov, Vadim Makhorov et Nikolai "Stomaster".

Dédié au plus grand bouclier tunnelier au monde de la société allemande "Herrenknecht AG" ("Herrenknecht AG").

Bouclier tunnel Herrenknecht

Un bouclier tunnel géant d'un diamètre de 15,2 mètres est utilisé pour poser un tunnel automatique à travers le centre de Madrid, il passe jusqu'à 22 mètres par jour. Le tunnel (=tunnel) d'une longueur de 3650 mètres devrait sauver la capitale de l'Espagne des embouteillages.

Bouclier de tunnel de Herrenknecht AG, Allemagne

La société "Herrenknecht AG" (Allemagne) produit des équipements de creusement de tunnels pour la pose de tunnels à des fins diverses dans toutes les conditions hydrogéologiques. Plus de 1 000 microtunnels Herrenknecht jusqu'à 4,2 m de diamètre, ainsi qu'environ 350 tunneliers de plus de 4,2 m de diamètre, ont été vendus dans le monde.

Environ 35 foreuses de microtunnels Herrenknecht AG d'un diamètre de 400 à 2 000 mm sont exploitées à Moscou, ainsi qu'environ 15 machines dans d'autres villes de Russie. Soit dit en passant, à Moscou, le bouclier de tunnel allemand Herrenknecht S-250 d'un diamètre de 14,2 m travaille à la construction du tunnel Serebryanoborsky à deux niveaux.

Les tunnels les plus longs :

Tunnel de base du Gothard ( Tunnel de base du Gothard, GBT, Suisse) - tunnel ferroviaire. Selon le projet, sa longueur est de 57 km (la longueur totale, y compris les passages de service et piétons, est de 153,5 km). Après l'achèvement de la construction en 2016-2017. GBT sera le plus long tunnel ferroviaire du monde. Pour couper à travers les rochers, 6 boucliers tunnel puissants sont utilisés, capables de passer jusqu'à 25 à 30 mètres par jour.
Le plus long aujourd'hui est le tunnel japonais Seikan ( Tunnel Seikan), reliant les îles japonaises de Honshu et Hokkaido. La longueur du tunnel, ouvert à la circulation le 13 mars 1988, est de 53,9 km.