Тоннелестроение
— отрасль строительства, осуществляющая сооружение транспортных, гидротехнического, коммунальных и др. тоннелей, а также подземных объектов специального назначения. В транспортное тоннелестроение входит постройка железнодорожных тоннелей, автодорожных, судоходных и пешеходных тоннелей. Составной частью тоннелестроения является метростроение, связанное с постройкой метрополитенов. Тоннелестроение включает ряд вспомогательные работ, таких, как инженерно-геологические изыскания, геодезическо-маркшейдерские работы и др. Тоннелестроение отличается от др. отраслей строительства специфическим комплексом способов и приёмов производства работ в подземных условиях, а также общеувязочными, планировочными и конструктивными решениями при строительстве тоннельных сооружений.
Первый известный транспортный (пешеходный) тоннель был проложен под р. Евфрат в Вавилоне в 3-м тысячелетии до н. э. В Древней Греции (9—8 вв. до и.э.), а затем в Древнем Риме (8—6 вв. до и. э.) сооружали многокилометровые водоводные и транспортные тоннели. Развитие торговли в 17—18 вв. в Европе в период перехода от феодальных к капиталистических производственным отношениям привело к широкому строительству судоходных тоннелей. Применение вначале ручного, а затем механизированным бурения, чёрного и бездымного пороха, открытых позже (60—70-е гг. 19 в.) взрывчатых веществ (нитроглицерина, тротила, динамита) дало толчок резкому росту производительности труда на подземных работах, а расширение транспортной сети в европейских странах (в т. ч. в России) и в Северной Америке, связанное с изобретением паровоза, а затем автомобиля, придало тоннелестроению новый размах (были построены многочисленные альпийские ж.-д. и автодорожные тоннели значительной протяжённости).
Одновременно совершенствовалась техника тоннелестроения В 1818 был применён проходческий щит при строительстве тоннеля под р. Темзой, что положило начало способу щитовой проходки тоннелей в сложных геологические условиях с возведением сборной обделки тоннеля. В 1886 впервые использовался сжатый воздух для проходки тоннеля в неустойчивых водонасыщенных грунтах. Для строительства подводных тоннелей был разработан способ опускных секций (первый такой тоннель «Детройт Ривер» построен в Северной Америке в 1910). В однородных горных породах нашли применение механизированным проходческие щиты и тоннелепроходческие машины.
Большой вклад в мировое тоннелестроение внесён отечеств, специалистами. В нашей стране построены лучшие как по архитектурно-техническим, так и по эксплуатационных качествам метрополитены, сооружены уникальные ж.-д. тоннели. За рубежом сов. тоннелестроители оказывали техническую помощь в строительстве метрополитенов в Будапеште, Праге, Софии, Варшаве, Калькутте.
В тоннелестроении применяется несколько способов ведения работ, основные из которых являются горные, щитовой и открытые. В ряде случаев разрабатывают спец. технологии.
Горные способы наиболее распространены при сооружении ж.-д., а также автодорожных и гидротехнического тоннелей. Эти способы включают два последовательно выполняемых технологического процесса: проходку тоннельной выработки и возведение обделки. Проходка предусматривает разработку, погрузку и откатку породы и одновременную или последовательную установку (при необходимости) врем, крепи. Возведение обделки сопряжено с устройством опалубки, бетонированием и выдержкой бетона до набора прочности. При последовательной технологии работ возведение обделки ведут после проходки тоннеля на всю его длину, при параллельной — обделку сооружают на удалении от забоя одновременно с проходческими операциями. В зависимости от прочности и устойчивости пород применяют различных способы. В мягких и полускальных породах целесообразны способы полностью раскрытого сечения, опёртого свода, опорного ядра; в скальных породах — способы сплошного и ступенчатого забоя, нижнего, верхнего и бокового уступа и т. д.
При способе полностью раскрытого сечения поперечный профиль разрабатывают по частям с возведением полной временной деревянной крепи. Из-за сложности работ и невозможности механизировать операции этот способ вытесняется более производительными. Для способа опёртого свода характерно раскрытие вначале верх, части выработки (калотты) и возведение свода обделки; затем под его защитой разрабатывается по частям нижняя часть выработки (штросса) с подведением стен отд. столбами. Этот способ имеет три варианта: двухштольневой, при котором вначале проходят ниж. штольню, затем с некоторым отставанием верхнюю, позволяющую раскрыть калотту; одноштольневой, при котором пробивается только верх, штольня, обеспечивающая раскрытие калотты; способ опережающей калотты (когда возможна безопасная проходка калотты на полное сечение). Способ опёртого свода получил наибольшее распространение как сравнительно безопасный и простой.
Способ опорного ядра используют в очень слабых породах, не обладающих несущей способностью, достаточной для восприятия давления от свода обделки. Сущность способа состоит в проходке в пределах стен обделки нижних штолен (иногда в два яруса), бетонировании в них стен, проходке верхи, штольни (или несколько штолен по контуру свода), раскрытии калотты и возведении свода обделки с опиранием его на стены. В последнюю очередь разрабатывается ядро сечения. Способ трудоёмкий, требует выполнения ряда работ вручную.