Как строился метрополитен
Все строительство первой очереди метрополитена, а особенно начальные его шаги, характеризуется исканиями технически правильных решений, поисками более совершенных методов, лучше всего приспособленных к московским грунтам и советским условиям. Это было прекрасной школой для инженеров и рабочих, на практике постигавших все преимущества и недостатки того или иного способа работ и одновременно получивших неоценимое знание грунтов. Методы сооружения метро разделяются на две общих группы: открытый способ (когда грунт вскрывается с поверхности) и закрытый, или тоннельный, способ (когда работы ведутся под землей и грунт выдается через шахты).
Тоннели также разделяются на два основных типа. На открытом способе работ сооружен двухпутный тоннель прямоугольного сечения. На закрытом способе-два параллельных (идущих рядом) однопутных тоннеля круглого сечения.
Открытые работы производились двумя методами: берлинским способом, принятым для Сокольников и Остоженки, и траншейным способом, который применялся на Арбате. При берлинском способе раскрывается котлован до намеченной глубины. Котлован крепится досками, уложенными по длине тоннеля и поддерживаемыми поперечными распорками. После выемки всего грунта на полный профиль (очертание тоннеля) приступают к бетонным работам. В первую очередь бетонируется лоток (пол) тоннеля. Далее выводятся стены, и только в последнюю очередь сооружается верхнее перекрытие. Затем поверх перекрытия до первоначального уровня насыпается грунт.
При траншейном способе в первую очередь выводятся стены. Они сооружаются из узких траншей, раскрытых с поверхности. Во вторую очередь на небольшую глубину выбирается грунт между стенами и бетонируется верхнее перекрытие. Грунт, оставшийся, как в коробке, между стенами, выбирается после этого, и тогда бетонируется лоток тоннеля. Вскоре, после отвердения бетона в верхнем перекрытии, засыпают грунт до первоначальной отметки поверхности.
На практике траншейный способ дал лучшие результаты, чем берлинский. Он оказался более экономным, требовал меньше крепежного леса. Металлических крепей, как при берлинском способе, не применялось вовсе. Поверхность восстанавливалась значительно раньше, чем при берлинском способе. При проходке под тяжелыми зданиями траншейный способ оказался и более безопасным — не пострадало ни одного здания.
В Сокольниках и на Остоженке грунтовые воды были встречены на глубине от двух до трех метров от поверхности. Грунты в главной массе состояли из тонко-зернистых песков, которые при обводнении разжижались до состояния плывунов. Выбирать такой грунт в естественном состоянии было немыслимо, так как плывун сразу же заполнял даже небольшую выработку.
Поэтому производилось предварительное водопонижение. Оно дало очень хорошие результаты. Через каждые четыре-пять метров с обеих сторон тоннеля опускали в землю водоотливные трубы. При систематическом водоотливе уровень грунтовых вод устанавливался ниже подошвы тоннеля. Отдавшие воду пески представляли влажный, довольно устойчивый грунт, который выбирался обычными способами.
С плывуном, встреченным на нескольких участках, метростроевцы боролись, кроме водопонижения, также двумя другими способами — искусственным закреплением грунтов или замораживанием их при проходке эскалаторных ходов и сжатым воздухом.
Сжатый воздух, примененный на нескольких участках закрытого способа, на подземных работах действует по принципу воздуха в автомобильной шине. Он давит с колоссальной силой на каждый сантиметр обнаженной площади и помогает поддерживать водонасыщенные грунты. Это давление со всех сторон совершенно необходимо, так как при проходке в плывунах приходится поддерживать не только бока и кровлю выработки, но и ее подошву, где грунт стремится вверх. Однако и при сжатом воздухе для проходки в плывунах необходимо еще дополнительное крепление.
Для того чтобы удержать воздух в тоннеле, сооружается перемычка, через которую проходит шлюзовая камера. Шлюз представляет металлический цилиндр поперечником в два метра и длиной в шесть метров. На каждом конце цилиндра — тяжелые металлические двери. Чтобы попасть в тоннель со сжатым воздухом, человек проходит через шлюз. Когда закрывается наружная дверь, открываются клапаны трубопровода, подающего сжатый воздух, и в шлюзе давление воздуха медленно поднимается, пока не уравняется с существующим в тоннеле. После этого открывается внутренняя дверь, и человек попадает в самый тоннель. При выходе то же самое проделывается в обратном порядке Таким же образом доставляются в тоннель материалы и выдается из него грунт. Но в этих случаях шлюзование производится гораздо быстрее.
Для рабочего сжатый воздух, особенно при давлениях до полуторы атмосфер, больших затруднений не создает. Почти каждый молодой человек без ущерба для здоровья может проработать при таких давлениях целую смену. При шлюзовании человек испытывает некоторое неприятное ощущение в ушах, но оно быстро проходит. И в тоннеле человек чувствует себя нормально, как в обычных атмосферных условиях.
Сжатый воздух в соединении с горным способом дал хорошие результаты на участке трассы между станциями Красные ворота и Комсомольская площадь, а также при проходке глубоких шахт Кировского радиуса. На этом радиусе пришлось встретиться с целым рядом технических задач.
Смешанные грунты на этом участке требовали применения различных способов проходки. Работы производились под землей. Приходилось временно держать на крепях не только стены, но и кровлю выработки. Способы временного крепления были самыми разнообразными.
Участок проходил в общем в следующих грунтах (считая от поверхности): 7 метров песка или культурного слоя, за ним 15 метров водоносных смешанных грунтов, далее 8 метров сухих, плотных юрских глин, подостланных пористыми, водоносными известняками и плотными угленосными глинами, уходящими вглубь за подошву тоннеля. Исключением были участки староречий между площадями Свердлова и Дзержинского и между станциями Красные ворота и Комсомольская площадь.
Юрские глины представляют большой интерес. На этой породе метростроевцам пришлось изучать специфические особенности поведения грунтов. В естественном состоянии, в целике, юрская глина является очень плотной, устойчивой породой. В первые дни после обнажения она выглядит надежной и держится при небольшом креплении. Затем под действием воздуха начинается разбухание глины, во время которого действуют колоссальные силы, вызывающие усиленное давление на крепи выработки. Были случаи, когда штольни сечением в два с половиной на два с половиной метра, стоявшие на крепях до полутора месяцев, сдавливало до такой степени, что с трудом можно было прогнать небольшую вагонетку. Крепи диаметром до 50 сантиметров ломало, как щепки.
На первых порах горное давление создавало серьезные затруднения для Метростроя. Впоследствии это препятствие преодолели скоростью, сократив промежуток времени между выемкой грунта и бетонировкой. После укладки бетона доступ воздуха к глине прекращен, и разбухание приостанавливается.
Два параллельных тоннеля между площадями Свердлова и Дзержинского были пройдены щитом. Этот участок — несомненно одно из наибольших достижений строительства.
О щитах очень много написано и сказано. Комсомольцы шахты No. 12 сочинили даже песенку о щитах. Вкратце говоря, щит представляет огромный стальной цилиндр весом в 175 тонн. Поперечник цилиндра- шесть с половиной метров, длина — шесть метров. Цилиндр открыт с обоих концов. Назначение щита — временно поддерживать породы.
Грунт впереди щита пневматическими (действующими силой воздуха) молотками разрабатывается на расстояние в 75 сантиметров. Чтобы удерживать плывун, здесь тоже применяется сжатый воздух. Затем щит делает передвижку при помощи 24 гидравлических (действующих силой воды) домкратов, развивающих давление до 50 тонн каждый и отталкивающихся от готового кольца из бетонных блоков (больших кусков). Затем монтируется (собирается) кольцо из двенадцати бетонных блоков весом в две тонны каждый, перекрывающее раскрытую выработку. Через каждые 75 сантиметров этот порядок работ повторяется.
Непосредственно за щитом идет другая машина-эректор, установленный на металлической тележке, движущейся по широкой колее в готовом тоннеле.
Темпы щитовой проходки превысили все расчеты и ожидания. Метрострой установил новый рекорд щитовой проходки в наиболее неблагоприятных геологических условиях (плывун в кровле и известняки в основании тоннеля-наихудшее сочетание, которого боятся все тоннельщики).
В начале щитовых работ управление Метростроя просило меня определить скорость щитовой проходки. В результате изучения удивительно точного геологического профиля (то есть плана расположения грунтов), составленного работниками Метростроя, и подсчета потребного давления воздуха я назвал цифру — метр в сутки. Позднее, разговаривая с англичанами, приглашенными для работы на щите, специалистами своего дела, 25-35 лет занимавшимися только щитами, я выяснил, что они считают крайним пределом для данных условий-три четверти метра. В это же время я узнал, что комиссия французских экспертов определила скорость щита той же цифрой — 0, 75 метра. Мне казалось тогда, что мои подсчеты были слишком оптимистичны (благоприятны).
Затем мне несколько раз приходилось посещать и осматривать работы на щитовом участке. Однажды заместитель начальника Метростроя товарищ Абакумов предложил мне дать заключение по поводу одного трудного участка в щитовом тоннеле. Осмотрев работы, заявил ему, что люди действуют правильно, никаких улучшений ввести нельзя, и Метрострой должен быть полностью удовлетворен достигнутой скоростью.
Щит делал три метра в сутки.
Мои расчеты в отношении грунта, самого щита, давления воздуха подтвердились. Но я недооценил человеческий материал — я ошибся в людях, работавших на щите.
Я должен отметить смелость и энергию комсомольской молодежи, никогда в жизни не видевшей щита, работавшей под давлением до двух с третью атмосфер в труднейших смешанных грунтах. Комсомольцы шли вперед, не уменьшая скорости и не ослаблял борьбы за качество готового тоннеля.
На строительстве действовали два щита. Один из них был приобретен в Англии. Второй, того же типа, был изготовлен на советских заводах. Советские конструкторы внесли некоторые изменения, главным образом в эректор, заменив пневматические моторы электрическими. Клепаные части щита во многих случаях были заменены сварными. Оба изменения представляют шаг вперед и дают значительную экономию как при изготовлении, так и самой работе щита. Оба щита прошли параллельные тоннели в одинаковых геологических условиях. Но советский щит по окончании своего участка был в гораздо лучшем состоянии, чем английский.
