Московский метрополитен -- Прошлое и будущее чугунного тюбинга

Одной из наиболее отработанных технологий строительства тоннелей московского метрополитена является использование чугунного тюбинга. Технология была внедрена в Москве в 1935-м году, то есть фактически является ровесницей московского метро. Позднее появилась и стала применятся железобетонная обделка, а за ней – и набрызг-бетон. Об этих технологиях мы расскажем в следующих номерах, а пока – начнем с азов: чугунного тюбинга.

Тюбинг (англ. tubing, от tube — труба) — элемент сборного крепления подземных сооружений (шахтных стволов, тоннелей и проч.). Кроме чугуна, тюбинги изготовляют из стали и железобетона. Отличие тюбинга от блока, которые устанавливаются тоннелепроходческим комплексом, – наличие «рёбер» для жёсткости и болтовых соединений, унаследованных от чугунного изделия.

Каждый материал — сталь, чугун, железобетон – имеет плюсы и минусы. Сталь обладает высокой прочностью, но существенно дороже; а также требует идеальных технологий сварки соединений и коррозионной защиты. Железобетон менее долговечен, более требователен к гидрогеологическим условиям, а также изделия из него тяжелее. Тогда как чугунный тюбинг, по отзывам специалистов, позволяет «почти идеально» обеспечить гидроизоляцию благодаря технологии чеканки швов — для чего используется свинцовая проволока. Такие швы сохраняют необходимую «эластичность» при незначительных механических воздействиях, вибрациях. Эта конструкция лучше воспринимает горное или гидростатическое давление, вибрацию.

В свое время распространение металла при строительстве подземных сооружений на территории бывшего СССР считалось фактором «живучести» при нанесении удара. Не случайно чугунный тюбинг является и одним из основных элементов строительства сооружений военного назначения.

Технология чугунной тюбинговой обделки формировалась с XVII-го века: впервые использовать необработанные чугунные тюбинги было предложено в Англии для шахтных стволов. Конструкция работала в сочетании с глиняным замком, создававшимся за обделкой. Спустя столетие, в Ньюкасле впервые были применены чугунные тюбинги с расклинивающими и набухающими деревянными элементами. Это был лишь прообраз современной технологии. В 1883 году в Германии создали тюбинговую колонну с чеканкой швов свинцом. Механически обрабатываемые по бортам чугунные тюбинги с бортовыми отверстиями и тампонажными пробками были разработаны горным инженером Ю. Риммером. Затем технология потребовала сочетания с бетоном: метод О.Домке, разработанный в Германии ещё до первой мировой войны, стал широко известен только в 1950-х.

С начала XX-го века чугунный тюбинг находит широкое применение в строительстве тоннелей транспортного назначения. На криволинейных участках при сборке тюбинговых колец применяют чугунные клиновидные прокладки, позволяющие собирать кольца переменной ширины. Помимо названного достоинства чугунного тюбинга — широкого применения в сложных гидрогеологических условиях, есть и другие довольно серьезные аргументы в пользу чугунной обделки — огромный наработанный опыт работ с ней, проверенные на практике проектные решения, богатый опыт монтажа и эксплуатации чугунной обделки.

Достоинством чугуна считается и наилучшая ремонтопригодность. Дополнительная чеканка швов возможна уже на этапе эксплуатации, при минимуме оборудования. Легче заменять и отдельные элементы. Во многом именно возможность ремонта определила «живучесть» тюбинговой обделки и её популярность у эксплуатирующих организаций... хотя и рабочих, готовых заниматься чеканкой, сегодня поубавилось.

Каковы все же недостатки чугунной обделки? Для начала это стоимость. У железобетонного кольца она в 4 раза ниже, чем у чугунного.

Во-вторых, высокие требования к квалификации монтажа в сочетании с большой долей физического труда. Тяжеловесные сегменты должны доставляться из других регионов; завершающий этап — подкатка по тоннелю на тележках. Применение укладчика лишь частично решает проблему физического труда. В аспекте трудоёмкости, чугунный тюбинг (а также его железобетонный собрат) рискует уступить место набрызгу. Существен фактор безопасности: «заходка» для монтажа кольца должна составлять более метра — такова ширина сборного кольца. Но метод набрызга позволяет закреплять забой, даже если заходка выполнена на 20-30 см, отбойными молотками. Это повышает безопасность горных работ. При использовании бетона существенно упрощается механизация доставки материала — возможна подача раствора с помощью бетононасоса; а если же транспортное «плечо» слишком велико — то доставку осуществляет миксер.

В-третьих, почти 20 лет реформ привели к проблемам на предприятиях-изготовителях. Процесс изготовления включает отливку, участок очистки и обрубки и полной механической обработки. Должны использоваться печи, обеспечивающие высокое качество чугуна — электрические индукционные. Но ведущие производители этих изделий остались на территории стран бывшего СССР... Так что возникает зависимость от стабильности внешнеполитического курса этих республик.

Как бы то ни было, даже скептики признают, что чугун сохранит свои позиции там, где это целесообразно, — например, на наклонных ходах или в условиях высокого обводнения.