Come scavare un passaggio sotterraneo. Come è costruita la metropolitana Tecnologia di costruzione dei tunnel di trasporto

Alla fine di dicembre verrà inaugurato a Kiev il cinquantesimo anniversario della stazione della metropolitana Exhibition Center. La sezione del binario e la stazione stessa furono costruite in tempi record: meno di un anno.

Oggi vedremo come è costruita la metropolitana, cammineremo nei tunnel e vedremo anche il leggendario Zil-130 su ruote ferroviarie.

Tunnel della metropolitana di fronte alla stazione del centro esposizioni, Kiev, Ucraina. Questa è la lobby di questa nuova stazione:

Presto ci saranno delle rotaie qui:

Come viene posato il tunnel stesso. Nel tunnel opera una macchina rotativa, la sua lunghezza è di 120 metri, e la parte principale è la testata anteriore, con un diametro di 9 metri. La macchina “scava” un tunnel e tutto il terreno di scarto viene trasportato in superficie.

Il complesso dello scudo meccanizzato deve essere posizionato ad una profondità pari o superiore alla dimensione dello scudo stesso. Cioè, se il diametro dello scudo è di 6 metri, allora devono esserci almeno 6 metri sopra di esso.

Capo del complesso Herrenknecht:

Vista dal retro. A sinistra lungo la circonferenza si notano i martinetti che si appoggiano all'ultimo anello installato e spingono in avanti lo scudo man mano che si scava il terreno:

Ed ecco come appare la coda del complesso manuale:

Il tunnel è costituito da anelli, ciascuno dei quali è composto da sette elementi. L'anello rotondo è il design più ottimale per la costruzione di tunnel, significativamente superiore alla forma quadrata. I tunnel quadrati vengono costruiti laddove il tunnel è costruito in modo aperto dall'alto.

La metropolitana viene costruita 24 ore su 24; su questa linea lavorano 2.500 persone.

Elementi dell'anello:

Il leggendario Zil-130, che ho visto prima in foto. Un camion su ruote ferroviarie sembra brillante! Esistono 3 di queste macchine, vengono utilizzate per il trasporto del calcestruzzo:

Il calcestruzzo stesso viene caricato dalla superficie attraverso appositi pozzetti:

Probabilmente una delle domande più banali da un dilettante a un costruttore di metropolitane: "Hai incontrato qualcosa di insolito e interessante durante la posa del tunnel?"

Non c’è nulla di insolito qui; tutto ciò che si presenta lungo il percorso sono problemi e ostacoli. Ci sono state collisioni con blocchi di cemento armato e poi la macchina si è rotta. Ma le metropolitane vengono costruite anche sotto gli edifici residenziali.

La stazione del Centro Esposizioni del cinquantesimo anniversario è stata costruita in un solo anno, il che è un indicatore incredibile data la complessità di questo sito. Per rispettare la scadenza sono state introdotte due innovazioni: la camera di uscita dei treni (la sezione del binario in cui i treni girano nel tunnel) è stata progettata e costruita prima (!), e non dopo la stazione.

Esci dalla telecamera:

Unità di ventilazione:

Getto di calcestruzzo nella parte inferiore del tunnel, dove verrà poi posato il binario ferroviario:

Metropolitana di superficie o sotterranea?

La metropolitana dovrebbe essere sotterranea. Non interferisce con le comunicazioni esistenti e gli snodi di trasporto e non crea rumore per le case vicine. La stazione stessa deve essere posata a una profondità conveniente per i passeggeri: 12 metri.

Molte persone probabilmente hanno notato che prima e dopo la stazione della metropolitana la strada è in discesa. Perché è stato fatto questo? Per risparmiare energia! Dopo la stazione il treno scende e accelera, mentre in prossimità della stazione sale e si verifica una frenata naturale. La pendenza massima consentita è di 4 cm di altezza per 1 metro di percorso.

Come vengono posati i tunnel della metropolitana. aslan ha scritto il 25 settembre 2018

Tradizionalmente, alle fresatrici per gallerie vengono dati nomi femminili. Questa usanza è apparsa con la mano leggera di Richard Lovat, il fondatore dell'azienda di fama mondiale LOVAT. Decise che gli scudi della sua azienda avrebbero portato nomi di donne in onore della patrona delle miniere sotterranee, Santa Barbara. E oggi il duro lavoro maschile nella metropolitana è svolto da "Alana", "Almira", "Anastasia", "Natalia", "Clavdia", "Olga", "Eva", "Svetlana", "Victoria", "Polina ” e altri “signore”.

In media, la distanza tra le stazioni è di 2-2,5 chilometri. Il treno li supera in tre minuti e il complesso di perforazione del tunnel supera i 12 metri in 24 ore. Camminare per 350 metri al mese durante la costruzione del tunnel è un buon indicatore. Nonostante le difficili condizioni geologiche, alcune “signore” affrontano la situazione più velocemente. Ad esempio, la “Tatyana” ha percorso più di 2,8 chilometri di binari diversi mesi prima del previsto, collegando le stazioni “Ochakovo” e “Michurinsky Prospekt” con un tunnel che corre a destra.

Il pannello viene portato in cantiere in più parti e assemblato sul posto in un'apposita fossa, che i costruttori chiamano camera di installazione. Le sue dimensioni non sono inferiori a un campo da calcio: 60 x 70 metri. Sarà l'inizio di un nuovo tunnel. L'auto terminerà il suo viaggio nella stessa camera, ma con un nome diverso: smantellamento. Lì verrà smontato e portato via per la costruzione di un nuovo tunnel.

La lunghezza dello scudo a forma di verme può raggiungere i 100 metri. La parte della testa è il meccanismo di taglio chiamato rotore. Ha incisivi speciali. Mordono letteralmente la roccia, aprendo la strada. Immediatamente dietro il rotore c'è un azionamento che aziona il meccanismo di taglio.

Lo scudo deve avere un contenitore chiuso per malta cementizia che riempia i vuoti tra la tubazione (elemento di fissaggio prefabbricato di strutture sotterranee (pozzi di miniera, gallerie, ecc.)) e il terreno. E anche: una camera del cassone, martinetti, una cabina dell'operatore di un complesso di tunnel e persino una sala di riposo per i costruttori. Anche quest'ultimo non è superfluo, perché il lavoro va avanti 24 ore su 24. I lavoratori lavorano su tre turni; Un pannello viene servito da circa 30 persone al giorno.

Il complesso apre la strada utilizzando un'elettronica di navigazione altamente precisa. L'operatore dello scudo controlla costantemente le coordinate del percorso, poiché il complesso del tunnel può deviare dai parametri specificati di non più di otto millimetri. Per ogni meccanismo viene redatto un programma per sapere dove termina lo scavo e quando passa alla fase successiva.

Lo spazio futuro del tunnel è formato da tubi - blocchi di cemento. Quando sarà pronto, i costruttori poseranno le rotaie e collegheranno i servizi. Dove viene messo il terreno? Entra in apposite tasche dello scudo, da lì lungo un trasportatore nei carrelli che corrono su binari temporanei e poi in superficie. I carrelli trasportano il terreno e forniscono le parti necessarie, come i tubi. Il terreno non rimane a lungo nel cantiere, ma viene inviato in apposite discariche. Uno scudo richiede 30 camion al giorno per rimuovere il terreno.

A volte i costruttori di metropolitane devono improvvisare. Il motivo è molto spesso la mancanza di siti liberi per la costruzione. Ad esempio, nella città di Mosca, durante la costruzione della stazione Delovoy Tsentr sulla linea gialla, l'auto è stata installata su un'area non più grande di una palestra scolastica. Lo scudo doveva essere costruito sottoterra, abbassando un anello dopo l'altro.

E nel sito del Parco Petrovsky c'era pochissimo tempo per assemblare il meccanismo. Di solito ci vogliono un mese o due per installare lo scudo e, per montarlo più velocemente, la parte della testa, del peso di circa 150 tonnellate, non è stata smontata, ma è stata completamente calata a una profondità di 28 metri. Per fare ciò, sul bordo della fossa è stata installata una gru da 450-500 tonnellate. Gli esperti hanno effettuato numerosi calcoli per assicurarsi che la fossa di fondazione non crollasse.

Anche i costruttori di Mosca hanno le proprie invenzioni. Sono stati i primi al mondo a costruire tunnel sotto le scale mobili utilizzando scudi. Il know-how è stato applicato alla stazione Maryina Roshcha sulla linea verde chiaro. Questa pratica non si è diffusa all'estero, perché in Europa le stazioni vengono per lo più costruite a basse profondità e i tunnel per le scale mobili vengono scavati manualmente.

Lo scudo Giglio funziona per due persone: costruisce un tunnel per due percorsi contemporaneamente. Il suo peso supera le 1600 tonnellate, la sua circonferenza della vita supera i 10 metri e la sua altezza è di 66 metri. Uno di questi complessi di perforazione di tunnel meccanizzati, o scudo, come lo chiamano i costruttori, può sostituirne due di sei metri e il suo principale vantaggio è la velocità. Se uno scudo standard di sei metri copre circa 250 metri lineari al mese, allora "Lily" - 350-400.

Il gigante Giglio è necessario per costruire tunnel a doppio binario. I treni al loro interno viaggiano l'uno verso l'altro. Se in una stazione normale i binari si estendono su entrambi i lati di un binario, sui nuovi binari correranno in due direzioni al centro del corridoio e ai lati saranno posizionati due binari. Ecco perché vengono chiamati a doppio binario.

Il vantaggio principale di un tunnel a doppio binario è che viene utilizzato uno scudo gigante di 10 metri, anziché due di sei metri. Questo metodo di costruzione riduce anche il numero di lavoratori in un cantiere: due tunnel richiedono 200 lavoratori e uno ne richiede 130. Questa tecnologia riduce i costi di circa il 30%.

Oggi le macchine lavorano decine di volte più velocemente. I tunnel sono posati dagli scudi ultramoderni tedeschi Herrenknecht, canadese LOVAT e americano Robbins. A proposito, anche la nuova “Lily”, la cui creazione ha richiesto quasi un anno, è tedesca, così come “Anastasia” e “Almira”. È stata portata dalla Germania in aprile.

Quest'anno la metropolitana di Mosca compie 80 anni. Il compleanno ufficiale della metropolitana della capitale si celebra il 15 maggio (allora la metropolitana fu aperta per la prima volta ai residenti della città), ma il primo staff tecnico è passato già a febbraio. Un fatto interessante: nel primo anno dopo l'apertura, la tariffa è stata costantemente ridotta. Prima da 50 centesimi a 40 e poi a 30.

La costruzione della prima linea non solo ha battuto i record mondiali, ma ha oltrepassato i limiti delle capacità umane. Si è deciso di realizzare in tre anni una linea con una lunghezza totale di 11,6 km, con 13 stazioni e l'intero complesso delle opere. Diverse migliaia di prigionieri furono portati qui per lavori infernali e urgenti, anche se anche senza di loro c'erano molte persone pronte a contribuire all'ambiziosa costruzione. Tutte le operazioni nelle miniere - estrazione, caricamento e frantumazione della roccia, srotolamento dei carrelli - venivano eseguite senza l'ausilio di macchine. Oggi queste prime stazioni della linea rossa sono una delle più belle e maestose, il vero cuore della metropolitana di Mosca.

Come nascono oggi le nuove stazioni? Naturalmente, nessuno stabilisce record comunisti e nessuno attira i detenuti al lavoro. Tuttavia, costruire tunnel in profondità nel sottosuolo rimane un compito arduo. Ho preparato un ampio e interessante post a riguardo.

Innanzitutto è bene fare chiarezza: esistono due tipi di stazioni della metropolitana: poco profonde e profonde. I primi costruiscono a cielo aperto, i secondi scavano un pozzo ed eseguono tutto il lavoro a grande profondità. Sotto il taglio mostrerò entrambi i tipi usando l'esempio delle future stazioni della metropolitana di Mosca: Petrovsky Park e Fonvizinskaya...

La stazione Petrovsky Park è poco profonda. Si può vedere che la profondità della fossa non supera i 4 piani, alcuni parcheggi sotterranei sono molto più profondi. I distanziatori tra le pareti opposte della fossa sono detti puntoni e impediscono il collasso in fase di costruzione:

Posto per una scala mobile. Anche se, a giudicare dall'altezza, avrebbero potuto farlo con dei gradini:

La stazione dovrebbe essere a due piani. I balconi ai lati della piattaforma ricordano in qualche modo quelli della Komsomolskaya:

Petrovsky Park è una stazione in costruzione sul futuro Secondo Anello della metropolitana, che attraverserà tutte le linee radiali esistenti, ma più vicino alla periferia di Mosca:

Il tunnel della metropolitana è costruito da un complesso meccanizzato di perforazione di tunnel (TBMC), il cui funzionamento ricorda il movimento di un verme sotterraneo. Secondo la leggenda, l'idea di inventare uno scudo per il tunneling è stata ispirata dalle osservazioni dell'ingegnere inglese Mark Brunel sui movimenti di un verme di una nave che si faceva strada attraverso i trucioli di quercia. L'inventore notò che solo la testa del mollusco è ricoperta da un guscio duro. Utilizzando i suoi bordi frastagliati, il verme ha perforato l'albero. Andando più in profondità, ha lasciato uno strato protettivo e liscio di calce sulle pareti del passaggio. Prendendo come base questo principio, Brunel brevettò un grande scudo per tunnel in ghisa, che viene spinto sottoterra con martinetti. Quindi il tunnel è rivestito con tubi: questo è un elemento di fissaggio delle strutture sotterranee:

La tubazione per le stazioni poco profonde è costituita da lastre curve di cemento. La connessione è assolutamente sigillata:

Il terreno viene rimosso con una composizione speciale:

Sembra che non sia possibile viaggiare su binari tecnici, ma anche un "carrello elettrico" così semplice ha un sacco di controlli:

Secondo i costruttori, questo sito ha un terreno prevalentemente argilloso:

Ogni vettura viene agganciata con una gru e portata in superficie:

La terra viene versata in una fossa speciale, da dove viene portata via con i camion più volte al giorno.

Senza entrare nei dettagli, è qui che finisce la tecnologia per la costruzione di piccole stazioni: lo scudo costruisce un tunnel, e nella fossa a cielo aperto in questo momento si stanno sistemando la piattaforma e i locali tecnici della futura stazione. Un'altra cosa è una stazione profonda...

La stazione Fonvizinskaya oggi si presenta così. Si tratta di un “buco” nel terreno, in fondo al quale si può intuire il tunnel della futura scala mobile:

Schema della stazione e delle linee della metropolitana sulla mappa della città:

Il cantiere è molto compatto. Ciò non sorprende: la costruzione principale sarà sotterranea:

L'edificio giallo si trova direttamente sopra il pozzo della miniera. Questo pozzo conduce direttamente ai lavori sotterranei:

Come si può vedere nel diagramma (vista dall'alto), il pozzo della miniera non si trova sopra la stazione stessa, ma leggermente di lato. Il pozzo scende per 60 metri e viene scavato a mano. Sorprendentemente, non ci sono altre tecnologie, solo un martello pneumatico e una pala.

Gallerie tecniche (lavorazioni). La costruzione della metropolitana non inizia immediatamente dalla banchina della stazione. Innanzitutto vengono scavati tunnel temporanei che circondano la futura stazione. Attraverso questi tunnel viene rimossa la terra e installate le attrezzature.

Tunnel della stazione. Il materiale rotabile li percorrerà. Ci sono due tunnel: in un modo e nell'altro.

Piattaforma. Un tunnel ampio ed alto, dal quale verrà successivamente ricavata la banchina della stazione. I suoi bordi confinano con i tunnel ferroviari.

Sottostazione di trazione e step-down (TSS). L'elemento strategico più importante dell'intera metropolitana, che fornisce tensione alle rotaie e, di fatto, garantisce la circolazione dei treni.

Il direttore dei lavori spiega nel dettaglio la progettazione della stazione sul progetto, dopodiché scendiamo a terra per vedere tutto con i nostri occhi:

Le gabbie sinistra e destra sono ascensori nel pozzo della miniera. Sollevano sia persone che attrezzature:

Gli ascensori sono azionati da persone di un edificio vicino dove è installato un gigantesco argano. Attenzione ai tamburi dei freni, molto simili a quelli delle auto:

La gabbia si abbassa e si alza molto velocemente: 3 metri al secondo. Non ci sono porte, ci sono maniglie a cui aggrapparsi mentre ci si sposta. Non ci sono pulsanti qui, come in un ascensore domestico, tutto è controllato manualmente dalle persone (dopo tutto, non è come scendere nel seminterrato):

Tra le 800 e le 1.000 persone lavorano nel sottosuolo. Ogni dipendente ha il proprio numero e il proprio chip su uno stand comune. Quando scende, deve girare il gettone con il lato rosso e quando esce, con il lato verde. Pertanto, in caso di emergenza, puoi determinare immediatamente quante persone ci sono nella miniera e chi esattamente:

I telefoni cellulari non funzionano sottoterra; tutte le comunicazioni vengono effettuate tramite tali dispositivi: i telefoni a pozzo. Sembra semplice e affidabile, come un carro armato sovietico:

Sotto questo dispositivo appare così. Dubito che sia possibile accedere al percorso interurbano attraverso la figura otto:

La prima cosa che vediamo quando scendiamo sottoterra è un tunnel tecnologico. Esso, così come tutte le altre lavorazioni di avvicinamento, verrà compilato al termine della costruzione. Tutti i tunnel temporanei sono dotati di rotaie; lungo di essi vengono trasportati carichi, attrezzi e terra:

Le sezioni con binari sono assemblate come una ferrovia per bambini. Sì, e sembrano più o meno uguali, solo in scala 1:1

I treni elettrici in miniatura si muovono lungo rotaie in miniatura. Se da bambino eri un appassionato di ferrovie, assicurati di venire a lavorare qui :)

Sono alimentati, come i tram, da un filo elettrico, ed è meglio non toccarlo con le mani:

Le carrozze corrono in modo piuttosto energico:

I binari conducono direttamente agli ascensori, da dove l'auto può essere inviata in superficie. È presente un vano tecnico dove i rimorchi vengono sollevati e svuotati in un apposito contenitore (verrà poi portato via per lo smaltimento). L'enorme spazzola a sinistra raschia lo sporco dal meccanismo rotante:

Un altro tunnel tecnologico circonda la stazione. Verrà eliminato anche lui nella fase finale, ma per ora da queste parti circolano i carri:

Lungo di esso ci troviamo nell'area principale: la futura piattaforma della stazione. A differenza della stazione poco profonda, non utilizzano tubi di cemento, ma ghisa, che può resistere a pressioni estreme:

Gli elementi sono serrati con i seguenti bulloni:

Tre tunnel collegati da passaggi: lo scheletro della futura banchina della stazione:

Il tunnel centrale, che avrà una banchina leggermente più grande rispetto ai tunnel ferroviari:

Le stazioni profonde non vengono "scavate", ma vengono posate utilizzando esplosioni mirate. Lo scudo del tunnel in questa stazione è inutile, il terreno è molto denso.

Questa è l'estremità della piattaforma dove la scala mobile raggiungerà la superficie:

Anche se non è chiaro nella foto, si tratta di un tunnel con scala mobile diagonale che porta su:

Sulla destra ci sono i tubi in ghisa attraverso i quali passerà l'impianto elettrico:

Il tunnel più alto è il TPP, alto tre piani:

Le donne non lavorano nel sottosuolo. Possono scendere solo in un caso, se la donna è geometra (specialista nell'effettuare misurazioni spaziali e geometriche nelle viscere della terra):

Prima di tornare in ascensore, devi lavare gli stivali dallo sporco:

E questa è la stazione Kotelniki. E' quasi pronto, non resta che fare gli ultimi ritocchi. Questa primavera accoglierà i suoi primi passeggeri:

Tornelli. Mentre è possibile entrare senza tessera:

Scale mobili. Da un lato sono in corso i lavori di finitura:

D’altronde è già tutto pronto:

L'illuminazione funziona a metà capacità, ma con l'apertura della stazione qui diventerà molto più luminosa:

Poiché la stazione è poco profonda, la parte della banchina sembra una scatola di cemento armato:

In questo caso il tunnel di distillazione è rotondo e rivestito con tubi di cemento (è stato posato utilizzando uno scudo da tunnel):

Tutte le pareti sono coperte di comunicazioni e cavi:

C'è anche una Camera di commercio e industria a Kotelniki. Questo è il sancta sanctorum, una struttura rigorosamente sicura. Anche se non funzionava, ci è stato permesso di entrare. Esternamente, questo nodo, da cui viene fornita la corrente alle linee più vicine, è insignificante. I soffitti sono bassi, spesso dovevi correre tre pericoli:

Questa è l'ultima stazione, e qui i treni fanno inversione. Ho immaginato una sorta di linea a semicerchio, su cui i treni girano nella direzione opposta. In realtà, ovviamente, tutto accade diversamente:

Il treno arriva a un vicolo cieco, l'autista lascia la testa del treno e cammina lungo la piattaforma tecnica fino all'altra estremità. Questa è l'intera "svolta".

Nelle ore di punta, quando c'è molta gente ed è richiesta la massima frequenza di movimento, i macchinisti cambiano ancora più velocemente: il macchinista del precedente sale sul treno in arrivo, e quello che è sceso va dall'altra parte a sostituire il prossimo:

In lontananza già arde la luce della piattaforma:

E infine, la domanda principale che mi preoccupa da molto tempo è: dove passano la notte i treni? Si scopre che i treni si mettono in fila dal vicolo cieco e si estendono fino a tre stazioni della metropolitana dalla fine!

PS Secondo la direzione del Complesso Edile, quest'anno è prevista la costruzione di almeno 12 km di nuove linee della metropolitana e l'apertura di 8 nuove stazioni (tra cui Kotelniki e Fonvizinskaya). I dettagli dei piani per la costruzione di nuove stazioni possono essere trovati qui http://stroi.mos.ru/metro

La profondità del tunnel, la sua lunghezza, posizione e forma sono determinate in base allo scopo del tunnel e alle condizioni topografiche, geologiche e climatiche dell'area. La costruzione di un tunnel, o, come dicono i costruttori, il tunneling, viene eseguita utilizzando un metodo aperto o chiuso. Nel primo caso si lavora in superficie: si squarcia una fossa nella quale si sta costruendo un tunnel. In questo caso, i costruttori devono aprire la superficie stradale asfaltata e, se necessario, anche spostare le linee di servizio che cadono nell'area di lavoro. Il metodo chiuso prevede che tutti i lavori vengano svolti in sotterraneo, senza creare disagi ad automobilisti e pedoni.

Il metodo più comune per costruire gallerie è il cosiddetto “metodo Milano”, in cui i costruttori erigono le pareti delle gallerie e posano i pavimenti attraverso i quali viene immediatamente ripristinato il traffico veicolare. E i costruttori, protetti dal “tetto” del soffitto, completano il tunnel senza interferire con il traffico in superficie.

Con il metodo chiuso di costruzione del tunnel, esistono due metodi di lavoro: il metodo di perforazione, quando un potente martinetto “spinge” il telaio del tunnel nel terreno, e il metodo di perforazione a scudo, quando un complesso di perforazione meccanizzata “perfora” il tunnel. davanti a sé. Per realizzare una galleria a quattro corsie a senso unico sarà necessario uno scudo del diametro di 19 metri.

A seconda delle caratteristiche del terreno, differiscono anche le tecnologie utilizzate per lo scavo di un tunnel. Se la costruzione viene eseguita in condizioni di rocce morbide e instabili, prima viene eretto un supporto speciale da rinforzo e cemento, e i terreni instabili vengono congelati con una composizione speciale o rinforzati con una soluzione speciale. Ad esempio cemento, vetro liquido con cloruro di calcio o resina sintetica.

Al momento della posa del tunnel, a seconda delle condizioni ingegneristiche e geologiche, il suo rivestimento sarà realizzato in cemento monolitico, cemento armato, acciaio o ghisa.

Quando si costruisce un lungo tunnel, in cui la forma e le dimensioni saranno le stesse per tutta la sua lunghezza, vengono utilizzate strutture prefabbricate. È vero, è necessario affrontare la questione del fissaggio dei singoli blocchi insieme con particolare attenzione. È molto più semplice costruire un tunnel da strutture monolitiche. Le strutture monolitiche vengono gettate direttamente in cantiere, stendendo l'impasto del calcestruzzo utilizzando nuove e moderne attrezzature per il getto del calcestruzzo. I vantaggi di questo metodo sono l'assenza di trasporto di blocchi di cemento, nonché l'assenza di giunture di collegamento tra le singole strutture, che rendono il tunnel più affidabile e durevole.

Il design del tunnel può essere variato. Quindi, oltre all'autostrada stessa, nel tunnel possono essere costruiti parcheggi, attraversamenti pedonali, centri commerciali: tutto questo si trova sopra il tunnel. Ciascuna galleria è dotata degli impianti di utilità (drenaggio, ventilazione, ecc.), nonché di locali di servizio e tecnologici. Nelle pareti del tunnel sono realizzate nicchie per quadri antincendio ed elettrici e lampade. E per ragioni di sicurezza ci sono uscite di emergenza ogni 100 m.

Fasi di costruzione della metropolitana:

Scelta di una posizione

Innanzitutto la metropolitana verrà posata in zone remote della capitale. Ciò tiene conto di quante persone vivono lì e di quante abitazioni verranno costruite in futuro, nonché se nella zona in cui le persone vengono a lavorare ogni giorno ci sono imprese industriali, cluster aziendali e grandi centri direzionali. Sulla scelta dell'ubicazione della nuova stazione influenzano anche fattori come la popolazione delle zone limitrofe e persino la regione di Mosca. Spesso si decide di costruire una stazione dove il traffico veicolare è più intenso.

Indagine ingegneristica

In questa fase vengono raccolte le informazioni necessarie per l'ulteriore sviluppo dello studio di fattibilità del progetto e la documentazione di lavoro per la costruzione. Le indagini ingegneristiche per la costruzione della metropolitana dovrebbero includere indagini geologiche, geodetiche, ambientali e di altro tipo, se necessario.

Progetto

In questa fase vengono determinate la profondità, i tipi di strutture e il metodo di scavo dei tunnel sotterranei e viene redatta la documentazione di progettazione e stima. In poche parole, i progettisti determinano il “percorso” ottimale della strada sotterranea e l’ubicazione della stazione.

Il progetto è preparato in modo tale che la costruzione non danneggi i monumenti architettonici, gli edifici in superficie, i parchi e i giardini pubblici, e allo stesso tempo costi il ​​meno possibile al budget. Se il percorso del tunnel passa vicino a strutture esistenti, allora, se necessario, vengono sviluppati metodi di protezione ingegneristica di queste strutture dal rumore, dalle vibrazioni e dalle correnti vaganti che si presentano durante la costruzione e il funzionamento delle linee metropolitane.

Costruzione

Quali oggetti si trovano sulla superficie determinano principalmente la profondità in cui andrà la nuova stazione. Sotto le autostrade, la metropolitana può "nascondersi" a una profondità molto bassa, meno di 20 metri. Questa è l'opzione più economica e viene scelta per la maggior parte delle nuove stazioni. Se in cima ci sono edifici residenziali, dovrai "scendere" più in profondità.

Esiste un metodo di costruzione chiuso, senza apertura della superficie, e un metodo aperto, in cui i tunnel e le stazioni vengono costruiti rispettivamente in trincee e fosse scavate e poi ricoperti di terra.

Il metodo chiuso viene utilizzato nella costruzione di linee profonde; le stazioni poco profonde vengono costruite principalmente utilizzando il metodo aperto.

La costruzione della metropolitana “profonda” inizia con la posa di un pozzo minerario per una gabbia (ascensore), che consegnerà i lavoratori edili della metropolitana e le attrezzature necessarie “sul posto di lavoro”. La piattaforma che si sviluppa attorno al tronco può essere paragonata ad un'enorme scalinata. È qui che inizia il tunnel. Nella stessa piattaforma, dopo la perforazione, ogni giorno vengono trasportate in superficie decine di tonnellate di terreno.

Più la stazione è profonda, più è costosa e richiede più risorse. Nel 2011, a Mosca, si è deciso di costruire la maggior parte delle nuove stazioni utilizzando metodi a cielo aperto. È sufficiente scavare una fossa, installare strutture in cemento, riempire e posare binari all'interno del corridoio risultante. Questo non è solo più economico, ma anche molto più veloce rispetto alla costruzione di stazioni profonde.

La perforazione e il rafforzamento delle gallerie viene effettuato con tubi in ghisa o blocchi di rivestimento in cemento armato impermeabile.

Installazione di scale mobili

Parallelamente alla costruzione del tunnel, vengono costruiti la stazione stessa e il sistema di transizione, quindi vengono predisposte le comunicazioni nella metropolitana e installate le scale mobili.

Nelle stazioni della metropolitana profonde, le scale mobili sono installate in lunghi tunnel inclinati - uscite. La grande lunghezza di tali scale mobili impone requisiti speciali sulla robustezza della loro struttura e sull'affidabilità dei freni.

Per installazioni poco profonde vengono utilizzate scale mobili a pavimento. Ciò che è importante è che tutte le nuove stazioni siano dotate anche di ascensori per persone con disabilità.

Interior design

La metropolitana della capitale è giustamente considerata la più bella del mondo. Nella maggior parte dei paesi, le stazioni sono utilitaristiche e indistinguibili l'una dall'altra. Nonostante il fatto che le stazioni della metropolitana di Mosca siano ora costruite secondo progetti standard, ognuna di esse ha la propria soluzione architettonica e di design speciale.

È possibile visualizzare i progetti di progettazione delle stazioni della metropolitana di Mosca in costruzione.

Progetti tipici:

Per le stazioni poco profonde vengono utilizzati tre tipi principali:

• stazione a volta, con banchina aperta e priva di colonne;
• a due campate con colonne al centro della banchina (per stazioni poco profonde);
• a tre campate (per stazioni poco profonde).

Nel centro di Mosca, a causa della densità degli edifici storici, viene utilizzato il vecchio tipo di stazioni profonde di due tipi: a colonna e a pilone.

Tecnologie per aiutare i costruttori di metropolitane

Complessi di perforazione di gallerie

Negli anni '30 le prime stazioni della metropolitana di Mosca furono costruite a mano: con piccone e pala. Oggi i costruttori di metropolitane dispongono di tecnologie avanzate nel loro arsenale. Per la posa dei tunnel della metropolitana viene utilizzata una struttura per carichi pesanti completamente automatizzata chiamata “scudo noioso”. Probabilmente può essere paragonato a un “verme d’acciaio” che scava un percorso nella roccia, lasciando dietro di sé un tunnel finito.

Secondo la leggenda, l'inventore del primo "scudo minerario" al mondo, l'inglese Mark Brunel, inventò un progetto del genere dopo aver osservato più da vicino il "lavoro" di un normale verme di bordo quando prestava servizio in marina. Notò che la testa del mollusco era ricoperta da un guscio duro, con l'aiuto dei bordi frastagliati di cui il verme forava l'albero, lasciando uno strato protettivo liscio di calce sulle pareti del passaggio.

L'idea di una macchina che semplificasse notevolmente la costruzione dei tunnel prese forma nel 1817, quando l'imperatore russo Alessandro I chiese a Brunel di progettare un tunnel sotto la Neva a San Pietroburgo. È vero, l'ingegnere non è mai riuscito a lavorare in Russia: alla fine l'imperatore ha deciso di costruire un ponte nel luogo previsto.

Tuttavia, nel 1818 il primo scudo di Brunel fu brevettato e nel 1825, con il suo aiuto, iniziò la costruzione di un tunnel sotto il Tamigi.

Nella prima macchina, il terreno veniva selezionato da 36 minatori contemporaneamente, ciascuno situato nella propria cella. Dopo aver scavato il terreno di qualche centimetro, lo scudo venne spostato leggermente in avanti. Non si trattava di un lavoro facile, date le continue infiltrazioni d'acqua (il fondo del fiume si trovava solo pochi metri sopra gli archi di questo doppio tunnel). Diverse inondazioni nella miniera causarono la morte di sette lavoratori e in un'occasione il figlio di Brunel quasi morì. Inoltre, il gas di palude è esploso più di una volta in un cantiere sotterraneo. Eppure il lavoro si è concluso in trionfo.

Il primo giorno dopo l'apertura della straordinaria struttura, sono passate attraverso il tunnel 15mila persone. Da allora, la Gran Bretagna è stata meritatamente considerata la pioniera del tunneling dello scudo, e il metodo dello scudo stesso è stato chiamato “Londra” nella letteratura specializzata.

Nel nostro paese, lo scudo per tunnel fu utilizzato per la prima volta nella costruzione della metropolitana nel 1934 per scavare una sezione difficile della prima tratta della metropolitana di Mosca tra piazza Teatralnaya e Lubjanka. E durante la costruzione della seconda tappa della metropolitana di Mosca, 42 scudi lavoravano già contemporaneamente sui percorsi: un record per il volume delle attrezzature utilizzate. Da allora, più del 70% dei tunnel metropolitani della capitale sono stati costruiti utilizzando questa tecnologia.

Sui primi pannelli, come già accennato, il terreno è stato selezionato manualmente dagli operai con l'ausilio di un martello pneumatico e rimosso attraverso un tunnel già realizzato su carrelli. Per spostare in avanti lo scudo venivano utilizzati martinetti a vite, che poggiavano sulla sezione finita del rivestimento del tunnel e spingevano in avanti la macchina.

Le dimensioni dei tunnel aumentarono e anche il design del "verme" migliorò: nella sua parte anteriore apparvero piattaforme orizzontali, che consentivano ai lavoratori di sviluppare il terreno contemporaneamente da due (e talvolta più) livelli. Tuttavia, a causa della grande quantità di lavoro manuale e dei frequenti incidenti, il tasso di penetrazione lasciava molto a desiderare.

Il processo è stato notevolmente accelerato dall'uso di rivestimenti prefabbricati realizzati con elementi di grandi dimensioni, inizialmente tubi di ghisa. Gli anelli giganti che formano i tunnel iniziarono ad essere assemblati da diversi elementi.

La fase successiva nell'“evoluzione” dei complessi di perforazione dei tunnel è stata lo sviluppo di strutture con il cosiddetto “carico del terreno”. Quando si utilizza tale scudo, la roccia viene prima immessa in una camera sigillata, dalla quale il terreno viene rimosso secondo il principio del "tritacarne" mediante un trasportatore a coclea.

Oggi i tunnel vengono costruiti nelle condizioni ingegneristiche e geologiche più difficili e gli scudi moderni sono progettati per scavare tunnel in vari terreni, compresi quelli instabili. I complessi operano in due cicli: prima si sviluppa il terreno, poi si realizza il rivestimento, installando i blocchi. La velocità media di penetrazione degli scudi oggi è di 250 - 300 m al mese, il costo medio è di 13 - 15 milioni di euro.

I costruttori di Mosca sono stati i primi al mondo a costruire tunnel inclinati per le aree delle scale mobili utilizzando scudi per tunnel. Per ordine di Mosmetrostroy, la società canadese Lovat ha sviluppato e realizzato un complesso di tunnel con un diametro esterno di 11 m, con il cui utilizzo i costruttori della metropolitana della capitale hanno realizzato per la prima volta un tunnel di protezione per le scale mobili. Ciò è accaduto alla stazione Maryina Roshcha sulla linea della metropolitana Lyublinsko-Dmitrovskaya.

A proposito, la vita quotidiana dei costruttori di metropolitane non è affatto priva di romanticismo: una volta Richard Lovat, il fondatore del famoso produttore mondiale di scudi per tunnel LOVAT, decise che tutti i complessi prodotti dalla sua azienda avrebbero portato nomi di donne in onore della protettrice del lavoro sotterraneo, Santa Barbara. Con la sua mano leggera è nata una tradizione: assegnare nomi di donne agli scudi. Ecco perché a Mosca ci sono macchine con i nomi "Claudia", "Katyusha", "Polina" e "Olga".

Risoluzione dei problemi geologici

Il nemico più insidioso dei minatori sotterranei sono le sabbie mobili: ammassi di sabbia quasi polverosa mescolati al 10-15% di argilla, come una spugna imbevuta d'acqua.

Negli anni '30 del secolo scorso, quando fu costruita la prima metropolitana nella capitale, i costruttori della metropolitana dovettero affrontare condizioni idrogeologiche molto difficili. Allo stesso tempo, contro il crollo del suolo e altri problemi tipici che minacciano le gallerie è stato utilizzato un sistema che fino ad oggi è considerato uno dei più attenti e affidabili. Stiamo parlando del congelamento del suolo, basato su un sistema semplice ma efficace.

Esistono diversi metodi di congelamento, il più antico dei quali è la cosiddetta “salamoia”.

Consiste nel fatto che il cantiere è recintato dalla massa generale del terreno acquifero da un muro di permafrost. Il terreno ghiacciato spesso un metro o due ad una temperatura di -12 gradi può praticamente resistere a qualsiasi pressione rocciosa e resistere perfettamente alla penetrazione delle acque sotterranee. Come far andare il freddo sottoterra? Ciò si ottiene con l'aiuto di dispositivi artificiali di speciali macchine di refrigerazione.

La macchina frigorifera si basa sul fatto che il refrigerante (ammoniaca liquida, freon, ecc.), che viene rilasciato dai serbatoi nelle colonne di congelamento predisposte, sottrae calore all'ambiente quando evapora. I suoi vapori vengono nuovamente liquefatti utilizzando un compressore e un condensatore, e il freddo generato nell'evaporatore viene utilizzato per raffreddare la salamoia di lavoro non congelante del cloruro di calcio. La salamoia ad una temperatura di -25 gradi entra nel sistema di raffreddamento. Per installarlo, vengono perforati pozzi con un diametro di 150 - 200 millimetri lungo il contorno dello scavo a una distanza di un metro l'uno dall'altro. Nei pozzetti vengono calate colonne di congelamento costituite da doppi tubi. La salamoia congelante entra attraverso il tubo centrale e attraverso il tubo esterno, dopo il riscaldamento naturale nel terreno, ritorna alla macchina di refrigerazione. Pertanto, la circolazione della salamoia avviene continuamente.

Dopo circa un mese di funzionamento della macchina di refrigerazione, il terreno attorno alle singole colonne di congelamento si congela in una massa monolitica, proteggendo il sito minerario dalla penetrazione delle falde acquifere e dallo sgretolamento delle pareti. Ora la macchina frigorifera deve solo sostenere l’anello di permafrost finché le sue pareti non saranno scavate e messe in sicurezza.

Un metodo più moderno è il congelamento a bassa temperatura utilizzando azoto liquido.. È un liquido incolore, la cui temperatura di evaporazione è molto bassa (a pressione atmosferica è -195,8 o C).

L'azoto liquido viene prodotto in appositi impianti liquefando l'aria atmosferica a basse temperature e poi separandola in azoto liquido e ossigeno, che hanno diverse temperature di evaporazione. L'azoto liquido viene trasportato in appositi contenitori (serbatoi).

A differenza di altri refrigeranti industriali (ammoniaca, freon), che possono essere utilizzati solo in un sistema di refrigerazione chiuso, l'azoto liquido viene utilizzato una volta (il gas evaporante viene rilasciato nell'ambiente).

Il metodo di congelamento a bassa temperatura utilizzando azoto liquido presenta numerosi vantaggi rispetto al congelamento convenzionale (salamoia). Quando si congela con azoto liquido, non sono necessarie stazioni di congelamento e reti di condutture. L'azoto liquido consegnato al cantiere dai serbatoi viene rilasciato direttamente nelle colonne di congelamento. La velocità di congelamento aumenta, il che è particolarmente importante con velocità elevate di filtrazione delle acque sotterranee, nonché con l'afflusso di acque termali e mineralizzate. Per congelare 1 m 3 di terreno con un contenuto di acqua fino al 30%, vengono consumati 1000 litri di azoto liquido. L'azoto liquido è a prova di esplosione, fuoco e non tossico.

Tuttavia, entrambi questi metodi sono stati recentemente utilizzati piuttosto raramente. L’azoto liquido è irragionevolmente costoso e ci vuole più di un mese per “fissare” il terreno. Pertanto, il congelamento oggi viene utilizzato solo durante lo scavo di tunnel con scale mobili inclinate.

Per altri casi, esiste un'alternativa più avanzata e abbastanza economica: la tecnologia del jet grouting dei terreni o del jet grouting. Si tratta di un metodo di consolidamento del terreno, basato sulla contemporanea distruzione e miscelazione del terreno con un getto di malta cementizia ad alta pressione. Come risultato della cementazione a getto del terreno, si formano colonne cilindriche con un diametro di 600 - 2000 mm.

La tecnologia è apparsa quasi contemporaneamente in tre paesi: Giappone, Italia, Inghilterra. L'idea ingegneristica si è rivelata così fruttuosa che negli ultimi dieci anni si è diffusa immediatamente in tutto il mondo.

L'essenza della tecnologia è quella di utilizzare l'energia di un getto ad alta pressione di malta cementizia per distruggere e contemporaneamente mescolare il terreno con malta cementizia in modalità mix-in-place (miscelazione sul posto). Di conseguenza, nella massa del terreno si formano pali da un nuovo materiale - il cemento del terreno - con caratteristiche portanti e anti-infiltrazioni sufficientemente elevate.

La costruzione di pali in cemento armato viene effettuata in due fasi: movimento diretto (perforazione di un pozzo) e movimento inverso della batteria di perforazione. Durante la corsa inversa la colonna viene sollevata e contemporaneamente ruotata.

Con l'aiuto del jet grouting si ottiene una fossa molto resistente e si costruiscono basi affidabili per qualsiasi struttura. Un campo di pile viene creato secondo uno schema a scacchiera, una pila si sovrappone a un'altra e il risultato è un monolite: una roccia. E puoi costruire qualsiasi cosa su di esso. Questa tecnologia è particolarmente efficace quando è necessario costruire oggetti su terreno sabbioso, argilla morbida o altri terreni morbidi.

Grazie a queste tecnologie, oggi i costruttori di metropolitane possono lavorare nelle condizioni geologiche più difficili, costruendo tunnel che conducono la metropolitana verso nuove aree della capitale.

« Prezioso » utensili

La costruzione della metropolitana non potrebbe fare a meno della nanotecnologia. Oggi i costruttori possono utilizzare strumenti innovativi: punte, frese e punte diamantate.

Inizialmente, questo know-how veniva utilizzato per la perforazione di cemento armato e altri materiali da costruzione e si rivelò così conveniente che iniziò ad essere utilizzato per complessi lavori minerari su terreni rocciosi. Aumenta significativamente il livello di sicurezza sul lavoro e la velocità di penetrazione: la costruzione viene letteralmente accelerata più volte. È interessante notare che il costo delle apparecchiature "diamantate" non è molto più alto del solito: la differenza di prezzo è solo del 10-15%.

Gli strumenti legacy tradizionali non sono in grado di fornire tanti vantaggi tecnologici. Pertanto, una punta diamantata può eseguire fori su qualsiasi piano e con qualsiasi angolazione; utilizzando il metodo del contorno, è possibile ottenere fori rettangolari regolari di qualsiasi dimensione desiderata, il che si traduce in un contorno ideale. Strumenti “preziosi” permettono di lavorare negli spazi più stretti e angusti; sono in grado di gestire materiali di qualsiasi durezza. Ciò che è importante è che il metodo sia silenzioso e rispettoso dell’ambiente.