«Проходка туннелей под Ист-Ривер: Нью-Йоркское туннельное продолжение Пенсильванской железной дороги»

АМЕРИКАНСКОЕ ОБЩЕСТВО ИНЖЕНЕРОВ-СТРОИТЕЛЕЙ

ОСНОВАНО В 1852 ГОДУ

ТРУДЫ

Доклад № 1159

ПЕНСИЛЬВАНСКАЯ ЖЕЛЕЗНАЯ ДОРОГА. ПРОКЛАДКА ТОННЕЛЕЙ В НЬЮ-ЙОРКЕ.

ТОННЕЛИ ПОД ИСТ-РИВЕР. [A]

Авторы: Джеймс Х. Брейс (James H. Brace), Фрэнсис Мейсон (Francis Mason) и С. Х. Вудард (S. H. Woodard), члены Американского общества инженеров-строителей

В настоящем докладе рассматривается исключительно строительство тоннелей, тогда как более общие вопросы проектирования и т. д. уже освещены в докладах бригадного генерала Чарльза У. Реймонда (Charles W. Raymond), члена Американского общества инженеров-строителей, и Альфреда Нобла (Alfred Noble), бывшего президента Американского общества инженеров-строителей.

Расположение рассматриваемого участка работ показано на планшете XIII в докладе г-на Нобла. По обе стороны Ист-Ривер имеется по две постоянные шахты, а также четыре однопутных тоннеля в чугунной обделке длиной около 6000 футов каждый, из которых 3900 футов проходят под рекой между шахтами, а 2000 футов — в Лонг-Айленд-Сити, главным образом под депо и пассажирским парком Пенсильванской железной дороги. Строительство этих тоннелей круглого сечения выполнялось как единый комплекс. Контракт на их сооружение был заключен с компанией «С. Пирсон и сын» (S. Pearson and Son, Incorporated), причем земляные работы начались 17 мая 1904 года. Ровно пять лет спустя работы были завершены и приняты при финальном осмотре для передачи Железнодорожной компании.

Контракт был заключен на условиях распределения прибыли и требовал аудита книг подрядчика со стороны Железнодорожной компании, а также ведения тщательного учета затрат инженерами Компании, благодаря чему в данном документе появилась возможность привести некоторые удельные затраты на производство работ. Они подразделяются на две части. Первая называется удельными затратами на рабочую силу и представляет собой стоимость труда в тоннеле, напрямую относимого к рассматриваемому виду работ. Она не включает в себя затраты на обслуживание оборудования, а также оплату труда сторожей, путевых рабочих, монтажников трубопроводов и электриков. Вторая часть именуется «накладными расходами на поверхности» — это общепринятый термин, однако разные подрядчики и инженеры вкладывают в него разный смысл. В данном случае в них включены затраты на управленческий персонал подрядчика и разъездных рабочих, таких как монтажники трубопроводов, электрики и путевые рабочие, стоимость оборудования и его эксплуатации, а также все прочие расходы, но они не включают в себя прибыль подрядчика и стоимость материалов, идущих на постоянную обделку.

Оборудование подрядчика описано в докладе г-на Генри Джаппа (Henry Japp), члена Американского общества инженеров-строителей, и здесь рассматриваться не будет.

Подрядчики вели работы с трех разных площадок. Из постоянных шахт, расположенных вблизи реки в Манхэттене, четыре проходческих щита двигались на восток примерно до середины реки; а из двух аналогичных шахт на берегу Ист-Ривер в Лонг-Айленд-Сити четыре проходческих щита двигались на запад навстречу щитам из Манхэттена. Из временной шахты около Ист-авеню в Лонг-Айленд-Сити наземный участок протяженностью около 2000 футов был пройден до речных шахт.

Тоннели от Ист-авеню до речных шахт.

Проходка временной шахты на Ист-авеню была сравнительно простой задачей. По ходу выемки грунта было погружено примерно на 28 футов до скального основания грубое шпунтовое ограждение из досок размером 6 на 12 дюймов, образующее прямоугольник размером 127 на 34 фута и раскрепленное мощными деревянными балками. Ниже этого уровня шахта была пробита в скальном грунте на глубину около 27 футов без крепления. Как только шахта была углублена (это произошло 30 сентября 1904 года), в тоннелях A, B и D были начаты нижние забои в западном направлении. Когда они были пройдены примерно на половину расстояния до речных шахт, встретился мягкий грунт (см. пикетаж 59, планшет XIII). Поскольку в грунте было много воды, было решено использовать сжатый воздух. В забое были возведены перемычки, и при давлении воздуха около 15 фунтов на кв. дюйм забой был пройден через мягкий грунт до скального основания традиционными методами горной проходки. После этого использование сжатого воздуха было прекращено. К западу от этого мягкого грунта был пройден верхний забой с последующей разработкой уступа до мягкого грунта примерно на пикете 66. Тоннель C, располагавшийся выше, в большей степени залегал в мягком грунте, и сначала планировалось отложить его разработку до тех пор, пока он не будет хорошо осушен нижними забоями в тоннелях по обеим сторонам. Чуть позже было решено использовать проходческий щит без применения сжатого воздуха. Этот щит ранее использовался при проходке станций тоннеля «Грейт Нозерн энд Сити» в Лондоне. Он был перестроен: его диаметр был изменен с 24 футов 8,5 дюйма на 23 фута 5,25 дюйма. Он оказался слишком слабым, и после того как он просел примерно на 4 дюйма и его трижды поднимали домкратами, от этой схемы отказались, щит демонтировали, а работы продолжили методами, применявшимися в других тоннелях. Щит был довольно легким, но, вероятно, он выдержал бы нагрузку, если бы использовался со сжатым воздухом или если бы проходимый материал целиком состоял из грунта. Здесь же в нижней части находилась узкая бетонная постель, а скальный порода доходила примерно до середины тоннеля; выемка производилась с расчетом на свободный проход щита, и никакой боковой поддержки он не получал. Щит представлял собой цилиндр, раздавленный усилиями, приложенными сверху и снизу.

За исключением этого испытания щита в тоннеле C и нового метода в тоннеле B, где применялся сжатый воздух, но не использовался щит, описание работ в одном тоннеле справедливо для всех.

Из нижних забоев в нескольких местах каждого тоннеля, где имелось достаточное покрытие из скальной породы сверху, были начаты распашки забоя (break-ups). Там, где свод находился в мягком грунте, из точек распашки проходились верхние забои и крепились деревянной крепью. Как только выемка полноразмерного сечения завершалась, монтировалась чугунная обделка, как правило, короткими захватками.

На планшете XIII можно заметить понижение в скальном грунте между пикетом 65 и речными шахтами, в результате чего все тоннели оказались в мягком грунте. Поскольку это место находилось прямо под пассажирской станцией Пенсильванской железной дороги, было сочтено наилучшим решением использовать проходческий щит и сжатый воздух. Это было сделано в тоннелях A, C и D, причем один и тот же щит последовательно применялся для всех трех. Сначала его смонтировали в тоннеле D на пикете 64 + 47. Оттуда его провели на запад до речной шахты. Затем его разобрали и заново смонтировали в тоннеле C на пикете 63 + 63 и провели на запад до шахты. После этого выяснилось, что времени на проходку всех четырех линий одним щитом не хватит. Опыт в тоннелях C и D доказал, что состояние грунта значительно лучше, чем ожидалось. В песке содержалось значительное количество глины, и после удаления воды сжатым воздухом он приобрел очень высокую устойчивость. Был разработан специальный метод крепления, и тоннель B был пройден от пикета 66 + 10 до шахты с применением сжатого воздуха, но без щита. Тем временем щит был вновь смонтирован в тоннеле A и протащен через мягкий грунт от пикета 65 + 48 почти до речной шахты, где был демонтирован.

В щитовых работах не было ничего необычного; они были примерно такими же, как и работы под рекой, которые подробно описаны в другом месте. Несмотря на большую осторожность при разработке грунта перед щитом и своевременное нагнетание цементного раствора позади него, наблюдалась небольшая осадка вышележащего здания, составившая около 1,5 дюйма в стенах и около 5 дюймов в полах по грунту, которые представляли собой бетонные плиты, уложенные подобно тротуару непосредственно на грунт. Невозможно сказать точно, была ли эта осадка следствием выноса грунта при щитовой проходке или уплотнения грунта из-за его высушивания сжатым воздухом.

Интересными особенностями этих работ на участке от Ист-авеню до речных шахт являются методы горной проходки и монтаж чугунного тоннеля без применения щита.

Выемка полностью в скальном грунте.

Там, где тоннель целиком проходил в хорошем скальном грунте, применялись два различных метода. Первый — метод нижнего забоя с последующей распашкой, а второй — метод верхнего забоя с уступом. Первый проиллюстрирован на рис. 1 и 2 планшета LXIII. После проходки нижнего забоя шириной 13 футов и высотой 9 футов начиналась распашка путем взрывного обрушения породы, в результате чего образовывалась камера на всю высоту тоннеля. Деревянная платформа, показанная на чертеже, устанавливалась в нижнем забое и простиралась через камеру распашки. План заключался в том, чтобы пробурить весь забой выше нижнего забоя и обрушить его взрывом на деревянный помост, сохраняя тем самым внизу проход для транспортировки породы из забоя и удаленных точек распашки. Начиная с состояния, показанного на планшете XIII, бурился забой, затем колонковые буры снимались, а куски породы (порода) лопатами забрасывались через отверстия в помосте в находящиеся внизу вагонетки для породы. После этого забой взрывом обрушивался на помост, буровые колонки устанавливались на груде породы, и операция повторялась. Этот метод имеет то преимущество, что нижний забой можно быстро пройти насквозь и вести из него работы в тоннеле сразу в нескольких точках. Он оказался более дорогим, чем метод верхнего забоя с уступом, и как только понижение в скальном грунте примерно на пикете 59 было пройдено, в каждом из четырех тоннелей был пройден верхний забой высотой около 7 футов и примерно в форме сегмента круга диаметром 23 фута. Остальная часть сечения извлекалась двумя уступами: первый, высотой около 4 футов, опережал примерно на 15 футов нижний уступ, высота которого составляла оставшиеся примерно 11 футов.

Выемка в грунте и скальном основании.

Около 2500 футов тоннеля, свод которого залегал в мягком грунте, было разработано при нормальном давлении воздуха с использованием горнопроходческих методов и крепления. На большей части этого участка поверхность скального основания находилась значительно выше середины тоннеля. Этот метод крепления и проходки, хотя и является общеизвестным, в Соединенных Штатах применяется не повсеместно.

Plate LXIII

Начиная с распашки в сплошном скальном грунте, как описано выше и показано на планшете XIII, при приближении к мягкому грунту из скального массива в направлении земли и сквозь нее проходился верхний забой. Этот забой имел высоту около 7 футов и ширину около 6 футов. Проходка осуществлялась обычным методом с использованием стоек, верхняков и затяжных досок. Грунт представлял собой плывун с небольшим количеством глины или вовсе без нее и местами с большим количеством воды на начальном этапе. Все забои требовали установки боковых затяжек. Доски потолочной затяжки располагались на высоте примерно 2,5 или 3 футов над внешней границей обделки тоннеля, как показано на рис. 3, 4 и 5 планшета LXIII. Следующим шагом была установка двух верхних продольных брусьев (crown-bars) AA, обычно длиной около 20 футов, под верхняки. Затем под брусья устанавливались стойки, а поверх брусьев выдвигались затяжные доски перпендикулярно оси тоннеля. По мере задавливания этих затяжек боковые затяжки первоначального забоя удалялись, и производилась выемка грунта до концa этих новых поперечных затяжек. Торцевые доски (забойная крепи) устанавливались вертикально под концами поперечных затяжек по достижении ими предельного вылета. После этого как можно дальше наружу устанавливались боковые брусья BB, опирающиеся на наклонные стойки. Эти стойки доводились до скального основания, если оно находилось близко, а если нет, то устанавливался лежень.

Поверх этих боковых брусьев задвигался новый комплект поперечных затяжек, и процесс повторялся до тех пор, пока боковые стенки не были доведены до скального основания или до отметки лежней, поддерживающих стойки, которые обычно располагались примерно на 4 фута выше оси тоннеля.

План заключался в том, чтобы вынуть оставшуюся часть сечения и смонтировать чугунную обделку короткими захватками, постепенно перенося вес кровельных брусьев на чугунную обделку по мере удаления стоек. Это означало, что можно было смонтировать не более четырех колец, а часто лишь одно кольцо, прежде чем возникала необходимость в выемке грунта и установке короткой захватки постели. До того как стойки под кровельными брусьями могли быть демонтированы, а вес перенесен на чугунную обделку, в передней части чугунной обделки устанавливалась перемычка для раствора, и за обделку нагнетался цементный раствор по меньшей мере до уровня 45° от верха. Подобные работы велись одновременно в восьми местах одного тоннеля. Там, где приходилось бороться лишь со стандартными грунтовыми водами, проходка верхнего забоя очень тщательно осушала грунт, и расширение выработки выполнялось легко и без серьезного выноса грунта. В этих условиях осадка поверхности составляла от 6 дюймов до 2 футов.

Под Борден-авеню воды было больше; вероятно, она поступала из протекающей канализации. Ее количество было недостаточным для образования потока, но достаточным для того, чтобы поддерживать грунт в полностью водонасыщенном состоянии. В течение шести или восьми недель между проходкой верхнего забоя и монтажом чугунной обделки наблюдался непрерывный, хотя и едва заметный приток грунта через каждую щель в креплении, и здесь осадка поверхности составила от 4 до 8 футов.

Проходка тоннелей в условиях сжатого воздуха без щита.

Когда стало очевидно, что времени на проходку участков в мягком грунте во всех четырех тоннелях под пассажирской станцией Пенсильванской железной дороги с помощью одного щита не хватит, был принят метод, который применялся в тоннеле B. Хотя он был не столь быстрым, он оказался столь же экономичным, как и работы, выполнявшиеся с помощью щитов. Рис. 6 и 7 планшета LXIII и рис. 1 планшета LXIV довольно хорошо иллюстрируют этот процесс. Суть этого метода заключалась в следующем: после установки чугунной обделки до забоя полноразмерной выемки пробивалось отверстие или верхний забой шириной около 3 футов и высотой 4 или 5 футов на глубину примерно 10 футов. Эта операция выполнялась за несколько часов без какого-либо крепления; однако, как только выработка или забой продвигались на 10 футов вперед, в своде устанавливались деревянные затяжки (лагги) размером 6 на 12 дюймов, причем задние их концы опирались на чугунную обделку, а передние — на вертикальные забойные доски. Затем забой быстро расширялся с укладкой затяжек вниз примерно до 45° от замка свода. Передние концы затяжек поддерживались деревянной рамой и лежнем. Под защитой этого свода производилась выемка всего сечения, монтировалось три кольца чугунной обделки с нагнетанием раствора, после чего весь процесс повторялся.

Plate LXIV, Fig. 1.—Tunneling in Compressed Air Without Shield.

Plate LXIV, Fig. 2.—T-Head Air-lock.

Plate LXIV, Fig. 3.—Cutting Edge of Caisson Assembled.

Plate LXIV, Fig. 4.—Caisson Supported on Jacks and Blocks.

Бетонные постели, забутовка камнем вручную и нагнетание раствора.

Если бы тоннель на Ист-авеню строился с помощью щитов, как предполагалось на этапе его проектирования, пространство между контуром выемки и чугунной обделкой было бы несколько меньшим, чем при фактически использовавшемся методе, особенно на участках в грунте. Это пространство заполнялось бы цементным раствором, нагнетаемым через чугунную обделку. Изменение метода производства работ позволило использовать более дешевый материал вместо части раствора и в то же время облегчило ведение работ.

Тоннель из чугунных колец предназначен для сборки в хвосте проходческого щита. Там, где щит не использовался, после завершения выемки и удаления всей рыхлой породы поперек тоннеля закреплялись брусья, на которых подвешивались полукруглые ребра, а под ними укладывались затяжки. Пространство между ними и неровной поверхностью скального основания заполнялось бетоном. Это формировало постель, в которой можно было монтировать чугунный тоннель, и одновременно занимало пространство, которое в случае применения щита было бы заполнено цементным раствором с большими затратами.

Сразу после монтажа каждого чугунного кольца пространство между ним и сводом выработки заполнялось камнем, уложенным вручную. Примерно у каждого шестого кольца между обделкой и скальным основанием возводилась стена из камня на растворе, служившая перемычкой для удержания цементного раствора. Пустоты между камнями ручной укладки затем заполнялись раствором цемента и песка состава 1 к 1, нагнетаемым через чугунную обделку. Объем бетонных постелей составлял в среднем 1,05 куб. ярд. на фут тоннеля, а их стоимость без учета материалов составляла 6,70 долл. за куб. ярд, из которых 2,25 долл. приходилось на рабочую силу и 4,45 долл. — на накладные расходы. Объем камня ручной укладки составлял в среднем 1,5 куб. ярд. на фут тоннеля при стоимости 2,42 долл. за куб. ярд, из которых 0,98 долл. приходилось на рабочую силу и 1,44 долл. — на накладные расходы.

Монтаж чугунной обделки.

Подрядчики планировали осуществлять монтаж чугунной обделки с помощью укладчиков (эректоров) той же конструкции, что и на щите под рекой, установленных на передвижной платформе. Они будут подробно описаны в докладе г-на Джаппа. В каждом тоннеле в разных местах работало по две такие платформы с укладчиками. Работы в тоннеле велись из стольких точек, что эти укладчики невозможно было перемещать с одного фронта работ на другой. В результате около 58% обделки было смонтировано вручную. На первый взгляд это кажется примитивным и нерациональным методом, так как плиты весили около 1 тонны каждая, а вручную было смонтировано около 20 000 плит. Как оказалось на практике, стоимость оказалась не выше, чем при монтаже с помощью механизмов, если принять во внимание затраты на укладчики и силовое оборудование. Однако это во многом объяснялось тем, что ручной монтаж настолько сократил объем работы, подлежащей выполнению машинами, что на долю последних пришлась чрезмерно высокая доля расходов на оборудование.

Ручной монтаж был очень простым. Переносная ручная лебедка с трехвосьмидюймовым стальным тросом устанавливалась в любом удобном месте. Стальной трос пропускался через блок, закрепленный за верхнюю часть ранее смонтированного чугуна; либо, если свод находился в мягком грунте, точки крепления обеспечивались деревянной крепью. Конец стального троса затем цеплялся за болтовое отверстие новой плиты, два человека у лебедки поднимали плиту, а еще три или четыре человека раскачивали ее в приблизительное положение и с помощью монтажных ломиков и бородков устанавливали на место и закрепляли болтами. Там, где над чугунной обделкой не было деревянной крепью, замковая и соседние плиты иногда устанавливались на подкладки на деревянном помосте, после чего домкратами поднимались в проектное положение.

Шахты в Лонг-Айленде.

Речные шахты были спроектированы так, чтобы служить как рабочими шахтами, так и постоянными проемами в тоннели, поэтому они выполнялись более крупными и прочными, чем потребовалось бы исключительно для целей строительства. На планшете X в докладе г-на Нобла показана их конструкция. Они состоят из двух стальных кессонов размером по плану 40 на 74 фута со стенами толщиной 5 футов, заполненными бетоном. Стена толщиной 6 футов разделяла каждую шахту на два отделения размером 29 на 30 футов каждое, расположенных непосредственно над тоннелем. В бортах кессонов были предусмотрены круглые проемы для тоннелей диаметром 25 футов. Во время погружения они закрывались перемычками из стальных листов, подкрепленных горизонтальными стальными бальями (балками). Шахты погружались как пневматические кессоны на глубину 78 футов ниже среднего уровня высокой воды. Существовало лишь несколько кессонов большего размера и большей глубины погружения, чем эти, однако большинство крупных кессонов предназначалось для фундаментов, таких как опоры мостов, и останавливалось на поверхности скального грунта или чуть ниже нее. Необычной особенностью кессонов шахты Лонг-Айленда является то, что они были погружены на 54 фута в скальный грунт.

Была надежда, что скальная порода окажется достаточно прочной, чтобы позволить остановить кессоны на ее поверхности или чуть ниже нее и продолжить выемку без их дальнейшего погружения; по этой причине первоначально был заказан металл только для нижней 40-футовой части кессонов.

Потолок рабочей камеры располагался на 7 футов выше режущей кромки. Он представлял собой стальной настил, спроектированный подрядчиками и состоявший из пяти стальных балок высотой 6 футов, длиной 29 футов, расположенных с шагом 5 футов. Между ними находились листы, выгнутые вверх с радиусом 4 фута. Каждая рабочая камера имела две шахты размером 3 фута на 5 футов в поперечном сечении с диафрагмой, разделяющей каждую на два хода: меньший для людей и больший для бадей с породой. Наверху этих шахт располагались шлюзы Морана. Наверху кессона был установлен 5-тонный кран Уилсона, который мог обслуживать каждую шахту, а также вагонетки для породы, стоявшие на путях на уровне земли рядом с кессонами. Для перемещения всей породы использовались круглые стальные бадьи диаметром 2 фута 6 дюймов и высотой 3 фута. Они извлекались из нижней части рабочей камеры, разгружались в вагонетки и возвращались вниз без расстроповки. Работы велись в три смены по 8 часов в сутки. Выемка грунта производилась со скоростью около 67 куб. ярд. в сутки из одного кессона. Выемка скального грунта в объеме около 6200 куб. ярд. в каждом кессоне выполнялась со скоростью около 44,5 куб. ярд. в сутки. Средняя скорость опускания при прохождении режущей кромкой южного кессона через грунт составляла 0,7 фута в сутки. В скальном грунте скорость составляла 0,48 фута в сутки в южном кессоне и 0,39 фута в сутки в северном кессоне.

В начале все опускание выполнялось с помощью шестнадцати гидравлических домкратов. К внешней стороне кессона крепились временные кронштейны. Под каждый второй кронштейн устанавливался 100-тонный гидравлический домкрат, а под остальные устанавливались подкладки. Домкраты соединялись с насосом высокого давления в здании компрессорной. По мере того как домкраты приподнимали кессон, подкладки переустанавливались в более низкое положение, на которое кессон опускался при сбросе давления в домкратах. После того как кессон углублялся в грунт примерно на 10 футов, внешние кронштейны демонтировались, а опускание регулировалось подкладками, устанавливаемыми под кронштейны внутри рабочей камеры. Кессон обычно опирался на три комплекта подкладок с каждой стороны и по два с каждого торца. Подкладки располагались примерно на 4 фута внутри от режущей кромки. В скальном грунте, по мере того как режущая кромка освобождалась для опускания примерно на 2 фута, под угол режущей кромки устанавливались дубовые стойки сечением 6 на 8 дюймов. Когда устанавливалось достаточное количество стоек, подкладки, на которых покоился кессон, выбивались или взрывались, и порода под ними разрабатывалась. После этого подкладки устанавливались заново на более низкой отметке. Стойки под режущей кромкой надпиливались наполовину, а давление воздуха снижалось примерно на 10 фунтов, что увеличивало чистый вес до более чем 4 000 000 фунтов. После этого стойки постепенно разрушались, и кессоны опускались на новые подкладки. Наклон или горизонт кессона контролировался путем более глубокого подпиливания стоек с той стороны, которую требовалось сместить в первую очередь.

Кессон почти всегда имел очень большой чистый вес, обычно около 870 тонн. Бетон в стенах, который добавлялся по мере погружения кессона, поддерживался примерно на отметке поверхности земли. Наверху перекрытия рабочей камеры обычно находился водяной балласт глубиной от 5 до 20 футов. Давление воздуха в рабочей камере было обычно значительно ниже гидростатического напора снаружи кессона. Например, среднее давление воздуха в южном кессоне в январе 1906 года составляло 16,5 фунта, в то время как средний напор составлял 62,5 фута, что эквивалентно 27 фунтам на кв. дюйм. В этих условиях наблюдалась постоянная, но небольшая утечка воды в кессон в объеме от 15 000 до 20 000 галлонов в сутки.

В скальном грунте выемка всегда производилась на 2–5 дюймов наружу от режущей кромки. Как только режущая кромка освобождалась, под нее укладывались мешки с глиной плотным, хорошо перевязанным штабелем, так что при опускании кессона мешки прорезались, и большая часть глины вместе с мешками выдавливалась назад за режущую кромку между скальным основанием и кессоном.

В таблице 1 показано соотношение между конечным положением кессонов и проектным.

Стоимость выемки скального грунта в кессоне составляла 4,48 долл. за куб. ярд по рабочей силе и 10,54 долл. по накладным расходам.

Нижняя часть шахты представляет собой обратный бетонный свод толщиной 4 фута с гидроизоляцией из 6-слойного войлока на пекóвом вяжущем. Как только кессон опускался в конечное положение и выемка завершалась, на неровные поверхности скального основания укладывался бетон, который выводился до проектной линии гидроизоляции и покрывался гладким слоем растворной стяжки толщиной 1 дюйм. Войлок склеивался на поверхности в 3-слойные маты с использованием горячего каменноугольного пека. Они скатывались в рулоны и спускались в рабочую камеру, где укладывались на жидком холодном пеке при температуре 60 °F. Каждый лист войлока перекрывал нижележащий на 6 дюймов. Гидроизоляция покрывалась слоем штукатурки из раствора толщиной 1 дюйм, после чего укладывался бетон 4-футового обратного свода. Во время выполнения гидроизоляционных и бетонных работ давление воздуха поддерживалось на уровне от 30 до 33 фунтов на кв. дюйм, что соответствовало полному гидростатическому напорному давлению у режущей кромки. После выстаивания в течение десяти дней давление воздуха сбрасывалось, и начинался демонтаж перекрытия рабочей камеры. Гидроизоляционные работы выполнялись компанией «Юнион Констракшн энд Уотерпруфинг Компани» (Union Construction and Waterproofing Company).

ТАБЛИЦА 1. — Соотношение между конечным положением кессонов и проектным.

Location. Long Island City.

Shaft. North. South.

Corner. High. East. North. High. East. North.

Northeast 0.21 ft. 0.08 ft. 0.05 ft. 0.32 ft. 0.15 ft. 0.28 ft.

Northwest 0.22 " 0.08 " 0.02 " 0.00 " 0.15 " 0.12 "

Southwest 0.27 " 0.14 " 0.02 " 0.18 " 0.45 " 0.12 "

Southeast 0.23 " 0.14 " 0.05 " 0.39 " 0.45 " 0.28 "

Location. Manhattan.

Shaft. North. South.

Corner. High. East. South. High. East or West. North or South.

Northeast 0.23 ft. 0.74 ft. 0.38 ft. 0.00 ft. 0.06 ft. east. 0.04 ft. south.

Northwest 0.00 " 0.74 " 0.22 " 0.08 " 0.06 " " 0.13 " north.

Southwest 0.11 " 0.31 " 0.22 " 0.21 " 0.45 " west. 0.13 " "

Southeast 0.46 " 0.31 " 0.38 " 0.04 " 0.45 " " 0.04 " south.

Стоимость рабочей силы в условиях сжатого воздуха, относимая на бетонирование, составляла 3,40 долл. за куб. ярд.

После демонтажа перекрытия каждой рабочей камеры щит монтировался на деревянной постели в нижней части шахты в положении, обеспечивающем его выдвижение из проема в западной стене кессона. В шахте устанавливались временные кольца чугунной обделки, служившие упором для домкратов щита.

Затем потолок рабочей камеры монтировался заново примерно на 35 футов выше своего первоначального положения и примерно на 8 футов выше проемов тоннелей. На этот раз вместо двух малых шахт, использовавшихся во время погружения кессона, была построена крупная стальная шахта со шлюзом с T-образной головкой. Это показано на рис. 2 планшета LXIV. Шахта имела диаметр 8 футов. Внутри находились лестница и лифтовая клеть для спуска и подъема людей и стандартных однокубовых вагонеток для тоннелей. Наверху, образуя головку буквы T, располагались два стандартных шлюза для тоннелей.

Шахты в Манхэттене.

В Манхэттене над каждой парой тоннелей была сооружена постоянная шахта, аналогичная речным шахтам в Лонг-Айленд-Сити. Каждая шахта располагалась поперек двух линий, причем ее длинная ось была перпендикулярна тоннелям. На планшете XIII показано их относительное расположение. Они были разделены поровну железобетонной перегородкой, перпендикулярной оси тоннелей. По завершении строительства западные части были переданы подрядчику по строительству поперечно-городских тоннелей для его исключительного использования.

Южная шахта. — Работы на южной шахте начались 9 июня 1904 года с проходки испытательного шурфа размером 16 на 16 футов в центре южной половины южной шахты, который достиг разрушенной породы на глубине около 20 футов.

Начиная с августа, вся площадь шахты размером 74 на 40 футов была разработана открытым способом без крепления до скального основания, а в скальном грунте до проектной отметки тоннеля была пройдена шахта размером 20 на 50 футов, с оставлением бермы шириной 10 или 12 футов вокруг нее (рис. 1, планшет LXX).

Монтаж кессона начался примерно в середине января на скальной берме вокруг шахты размером 20 на 50 футов и примерно на 15 футов ниже поверхности. На рис. 3 планшета LXIV показана собранная режущая кромка кессона. Выемка малой шахты показала, что предстоит встретить твердую скальную породу и лишь очень незначительное количество воды, и что кессон нужно опустить лишь на небольшое расстояние ниже поверхности скального основания. Поэтому перекрытие рабочей камеры не предусматривалось, кессон был построен высотой всего 40 футов, а круглые проемы были замурованы наглухо.

Сборка кессона заняла 2,5 месяца, и 2 апреля началось опускание. Обратные кронштейны были временно приболчены к крепежным кронштейнам режущей кромки, а погружение осуществлялось методами, аналогичными применявшимся в Лонг-Айленде. Домкраты и подкладки, поддерживающие кессон, показаны на рис. 4 планшета LXIV. Как только режущая кромка вошла в скальный грунт, пробуренный примерно на 6 дюймов наружу от проектного контура, пространство вокруг кессона было засыпано глиной и породой для придания ему устойчивости и создания сил трения по боковой поверхности. По мере возрастания трения стены заполнялись бетоном, а по мере медленного оседания кессон удерживался и направлялся подкладками. Режущая кромка в конечном итоге остановилась на отметке 31 фут ниже среднего уровня высокой воды, причем погружение было выполнено примерно за семь недель со средней скоростью 0,50 фута в сутки.

Конечное положение режущей кромки относительно проектного показано в таблице 1.

У подножия кессона была оставлена берма шириной около 4 футов, ниже которой скальный грунт имел некоторую трещиноватость и требовал крепления. Режущая кромка кессона была загерметизирована по контуру со скальным основанием с помощью раствора снаружи и бетонного основания стен кессона изнутри, причем последнее опиралось на 4-футовую берму. После завершения строительства шахты был выемкой доведен до проектной отметки постоянный зумпф для использования в период строительства.

Северная шахта. — Северную шахту пришлось погружать в условиях очень ограниченного пространства. Восточная сторона кессона в одной точке не доходила до соседнего здания всего на 1 фут, в то время как северо-западный угол находился на таком же расстоянии от восточной линии Первой авеню. Как и в случае с шахтами в Лонг-Айленде, металлоконструкции только для нижней 40-футовой части были заказаны в самом начале. Эта высота была полностью собрана до начала погружения. Кессон опускался примерно таким же образом, как и описанные ранее. Опорные кронштейны для гидравлических домкратов крепились, как и на южной шахте, изнутри к кронштейнам режущей кромки. Восточная сторона кессона соприкасалась с фундаментами соседнего здания, в то время как западная сторона находилась в гораздо более мягком грунте. Вследствие этого западная сторона имела тенденцию опускаться быстрее, что выводило кессон из уровня и проектного положения. Чтобы противодействовать этой тенденции, восточную стену необходимо было сильно нагрузить чугунными элементами тоннельной обделки в дополнение к бетонному заполнению стен.

Вскоре после начала погружения был пройден небольшой испытательный шурф до отметки ниже верха тоннелей. Порода оказалась прочной, твердой и практически сухой. Тогда было решено остановить кессон сразу же после достижения надежного основания на прочном скальном грунте. Последний был обнаружен на глубине 38 футов ниже среднего уровня высокой воды. При посадке режущей кромки на этой глубине верх кессона возвышался над средним уровнем высокой воды всего на 2 фута, и поскольку это было недостаточной защитой от высоких приводов, была заказана 10-футовая надставка для верхней части. Тем не менее работы по остальной выемке продолжались без промедления. Стык между режущей кромкой и скальным основанием был загерметизирован бетоном и раствором. Кессон опускался со средней скоростью 0,53 фута в сутки. Размер шахты ниже режущей кромки составлял 62 фута 7 дюймов на 32 фута. Средняя скорость выемки при погружении в мягком грунте составляла 84 куб. ярд. в сутки. Средняя скорость выемки скального грунта ниже конечного положения режущей кромки составляла 125 куб. ярд. в сутки. Работы велись в ночную и дневную смены продолжительностью по 10 часов каждая. Выемка грунта стоила 3,96 долл. за куб. ярд, из которых 1,45 долл. приходилось на рабочую силу и 2,51 долл. — на накладные расходы и т. д. Выемка скального грунта обошлась в 8,93 долл. за куб. ярд, из которых 2,83 долл. составила стоимость рабочей силы и 6,10 долл. — накладные расходы.

Конечные отметки четырех углов режущей кромки, а также их отклонения от проектных положений приведены в таблице 1.

Речные тоннели.

Четыре речных тоннеля между шахтами в Манхэттене и Лонг-Айленд-Сити протяженностью около 3900 футов были построены щитовым методом. Было смонтировано восемь щитов, по одному на каждой линии в каждой шахте: четыре щита со стороны Манхэттена двигались на восток до соединения примерно посредине реки с четырьмя щитами, движущимися на запад из Лонг-Айленд-Сити. Ближе к концу работ стало очевидно, что щиты в тоннелях B, C и D встретятся в мягком грунте немного восточнее рифа Блэкуэллс-Айленд, если работы во всех забоях будут продолжены. Чтобы стыковка произошла в прочной породе, работы со стороны Манхэттена в этих трех тоннелях были приостановлены, когда щиты достигли края гряды. Щиты в тоннеле A встретились в соответствующей точке без остановки работ на любой из сторон. В среднем было пройдено 1760 футов тоннеля со стороны Манхэттена и 2142 фута со стороны Лонг-Айленд-Сити.

Plate LXV, Fig. 1.—Shield Fitted with Sectional Sliding Hoods and Sliding Extensions to the Floors.

Plate LXV, Fig. 2.—Shield Fitted with Fixed Hoods and Fixed Extensions to the Floors.

Тоннели, пройденные на восток из Манхэттена.

Материалы и начало работ. — Встреченные материалы показаны на продольном профиле на планшете XIII и были аналогичными во всех тоннелях. В целом они оказались такими же, как указывалось в предварительных скважинах. Материалы, встреченные в тоннеле A, можно считать типичными для всех тоннелей.

Двигаясь из шахты Манхэттена на восток, последовательно проходили 123 фута участка полностью в скальном грунте, 87 футов смешанного грунтово-скального участка, 723 фута участка полностью в грунте, 515 футов смешанного скально-грунтового участка, 291 фут участка полностью в скальном грунте и 56 футов смешанного скально-грунтового участка.

Порода на стороне Манхэттена представляла собой гудзонский сланцевый амфиболит, тогда как порода в рифе — фордхэмский гнейс. Здесь, как и в других местах, они были очень похожи друг на друга; гнейс был немного тверже, но обе породы были сильно иссечены трещинами и разломами. Везде, где они встречались при этих работах, поверхность скального основания была покрыта отложениями валунов, гравия и песка толщиной от 4 до 10 футов и в среднем около 6 футов.

Наклон поверхности гряды со стороны Манхэттена составлял в среднем примерно 1 по вертикали к 4 по горизонтали. Порода вблизи поверхности была изобилована зонами дезинтеграции и сильно разрушена. Она имела нерегулярное залегание и падала на запад под углом около 60 градусов. Крупные куски часто откалывались от забоя и сползали в щит, нередко обнажая песок. Поверхность скального основания была весьма неровной и покрыта валунами и отдельными глыбами породы, залегающими в крупнозернистом песке и гравии. Песок и гравий позволяли воздужу свободно улетучиваться. К тому моменту, когда щиты полностью освободились от скального основания, материал в забое сменился на мелкий песок, прослоенный каждые несколько дюймов очень тонкими слоями глинистого материала шоколадного цвета. Этот материал в других местах именуется плывуном. По мере продвижения щита на восток количество и толщина глиняных прослоек увеличивались, пока глина не составила по меньшей мере 20% от всей массы, причем многие прослойки имели толщину 2 дюйма.

На расстоянии около 440 футов за манхэттенской грядой материал в нижней части забоя внезапно сменился на такой, в котором слои глины составляли, вероятно, 98% от общего объема. Слои песка имели толщину не более 1/16 дюйма и располагались в среднем на расстоянии около 2 дюймов друг от друга. Поверхность глины постепенно поднималась на протяжении 40 футов в тоннелях A и B и 100 футов в тоннелях C и D, после чего в нижней части щита появлялись гравий и валуны. К тому времени глина составляла примерно половину забоя.

Поверхности как глины, так и гравия были неровными, но постепенно поднимались. После встречи со скальным основанием формации гравия и глины шли примерно параллельно поверхности породы.

По мере подъема поверхности скалы они поочередно исчезали и вновь появлялись, когда щиты выходили из скального массива на восточной стороне рифа Блэкуэллс-Айленд. К востоку от рифа в гравийных отложениях присутствовало большое количество крупного рыхлого песка до того, как глина появлялась ниже верха режущей кромки. В тоннелях C и D с этим было особенно трудно справиться. Представляется вполне обоснованным предположение, что слой глины был непрерывным на протяжении всего рифа. Везде, где глина поднималась выше верха щита, она существенно уменьшалась утечку воздуха. Несомненно, во многом именно благодаря этому обстоятельству участки со смешанным скальным грунтом в пределах рифа не были самыми сложными участками работ.

Во время выемки нижних частей шахт тоннели были пройдены на восток в сплошном скальном грунте на расстояние около 60 футов, где было обнаружено, что порода в верхней части несколько разрушена. Это было максимальное расстояние, на которое считалось целесообразным продвигаться полноразмерным сечением без давления воздуха. Примерно в то же время из шахт были пройдены верхние забои на запад на расстояние 100 футов, а забои были расширены до полного сечения на длине 50 футов. Цель заключалась в том, чтобы избежать повреждения шахты и создания помех для речного тоннеля при начале работ подрядчиком по строительству поперечно-городского тоннеля.

Plate LXVI, Fig. 1.—Rear of Shield Showing Complete Fittings.

Plate LXVI, Fig. 2.—Shield with Lower Portion of Bulkhead Removed.

Щиты монтировались на деревянных постелях в шахте и подвигались вперед к забою выемки. Затем поперек тоннелей позади щитов возводились бетонные перемычки с необходимыми шлюзовыми камерами. Щиты монтировались до установки разделительных стен между двумя контрактами. Кольца чугунной обделки тоннеля, подкрепленные балками, перекрывающими проемы с западной стороны, монтировались поперек шахт во временном порядке, чтобы обеспечить упор для домкратов щита при входе в порталы. Движение щита на восток продолжалось в каждом тоннеле на расстояние около 60 футов, и по мере продвижения щита монтировалась постоянная чугунная обделка тоннеля. До выхода из скального массива необходимо было подать в тоннели давление воздуха. Это требовало сооружения перемычек со шлюзами внутри чугунной обделки непосредственно к востоку от порталов. Перед монтажом перемычек было необходимо закрыть кольцевой зазор между чугунной обделкой тоннеля и скальным основанием. Пространство у портала было заполнено бетонной стеной. После того как в каждом тоннеле было смонтировано около двадцати постоянных колец, два кольца раздвигались в хвосте щита, и строилась вторая каменная стена или перемычка. Пространство между двумя перемычками затем заполнялось цементным раствором. Во избежание возможности смещения чугуна назад после подачи давления воздуха, в восемнадцать кольцевых стыков в каждом тоннеле между кольцами по мере их монтажа устанавливались пластины сегментного типа толщиной 5/8 дюйма и шириной 13-7/8 дюйма. В пластинах имелись прорези, совпадающие с отверстиями в сегментах. После выхода колец из щита пластины выдвигались наружу и выступали примерно на 5 дюймов. При нагнетании раствора в тоннель пластины замоноличивались.

Перемычки были завершены, и в тоннели было подано давление воздуха в следующие даты:

Линия D — 5 октября 1905 года; Линия C — 6 ноября 1905 года; Линия B — 25 ноября 1905 года; Линия A — 1 декабря 1905 года.

Этим завершился подготовительный период.

В самой глубокой части реки, вблизи линии фронта застройки пирсов со стороны Манхэттена, естественное покрытие над сводами тоннелей составляло всего 8 футов. Это покрытие состояло из описанного выше мелкого песка, и было очевидно, что через него из тоннелей будет свободно уходить воздух. Чтобы обеспечить большую толщину покрытия и ограничить потерю воздуха, подрядчик подготовил работы по укрытию трассы тоннелей глиняными отсыпками (экранами), которые, впрочем, были предусмотрены спецификациями. Разрешения, как описано далее, получались в разное время у военного министра на отсыпку глины различной толщины над трассой работ. Отсыпка для глиняного экрана, разрешенного по первому разрешению, была завершена в феврале 1906 года. Толщина этого экрана значительно варьировалась, но составляла в среднем 10 или 12 футов со стороны Манхэттена. Первоначальный экран принес большую пользу, но толщины слоя глины оказалось недостаточно для прекращения утечки воздуха.

Основные части щитов во всех четырех тоннелях были абсолютно одинаковыми. Однако щиты в тоннелях B и D изначально были оснащены секционными сдвижными козырьками и выдвижными фартуками полов рабочих камер, как показано на рис. 1 планшета LXV. Щиты в тоннелях A и C изначально были оснащены неподвижными козырьками и неподвижными удлинителями полов, как показано на рис. 2 планшета LXV. Полное описание щитов приведено в докладе г-на Джаппа.

Щиты в каждой паре тоннелей продвигались через участок сплошного скального основания примерно на одном уровне друг с другом, пока контрольные скважины из забоя не указывали на появление мягкого грунта в пределах нескольких футов. Поскольку расстояние между бортами двух тоннелей составляло всего 14 футов, было сочтено лучшим дать тоннелям B и D опережение примерно на 100 футов до выхода тоннелей A и C в мягкий грунт, чтобы прорыв газов из одного тоннеля не распространился на другой. Работы в тоннеле C были остановлены 23 декабря 1905 года после обнажения песка на глубину 3 фута в верхней части и оставались приостановленными в течение семи недель. Работы в тоннеле A были приостановлены 29 сентября 1905 года. К тому времени, когда тоннель B сделал требуемое продвижение, он вместе с тоннелями C и D перегружал мощности компрессорной станции. В тоннеле C до июля 1906 года велись лишь незначительные работы, а работы в тоннеле A не возобновлялись до 22 октября 1906 года.

Тоннели, пройденные на запад из Лонг-Айленд-Сити.

Материалы и начало работ. — Материалы, встреченные в тоннеле A, являются типичными для всех четырех тоннелей. Двигаясь из шахт Лонг-Айленда на запад, последовательно проходили 124 фута участка полностью в скальном грунте, 125 футов смешанного скально-грунтового участка, 22 фута участка полностью в скальном грунте, 56 футов смешанного скально-грунтового участка, 387 футов участка полностью в скальном грунте, 70 футов смешанного грунтово-скального участка и 1333 фута участка полностью в грунте.

Plate LXVII

Грунты, через которые проходила трасса, указаны на листе XIII. Порода была аналогична породе рифа Блэкуэллс-Айленд и так же была покрыта слоем песка и валунов. Остальной мягкий грунт подразделялся на три класса. Первый представлял собой очень мелкий красный песок, который залегал слоем толщиной от 6 футов до по крайней мере 15 футов. Выше уровня тоннеля он мог залегать на гораздо большую глубину. Это тот самый плывун, который обычно встречается при устройстве любых глубоких фундаментов в Нью-Йорке. Ниже приведен результат ситового анализа этого песка:

Held on No. 30 sieve 0.6%

Passed No. 30, " " No. 40 " 0.4%

" No. 40, " " No. 50 " 0.7%

" No. 50, " " No. 60 " 2.4%

" No. 60, " " No. 80 " 14.9%

" No. 80, " " No. 100 " 54.0%

" No. 100, " " No. 200 " 8.0%

" No. 200

" 19.0%

100.0%

Это означает, что 96% зерен песка имели диаметр менее 0,0071 дюйма. 19% песка, прошедшего через сито № 200, зерна которого имели диаметр 0,0026 дюйма или менее, при наблюдении под микроскопом казались абсолютно чистыми зернами кварца; на глаз он выглядел как обычный строительный песок, острый и хорошо отсортированный по крупности от крупных зерен к мелким. Этот песок с избытком воды был плывунным. Когда вода из него выдувается воздушным давлением, он становится стабильным, хорошо держит вертикаль и очень удобен в работе. По-видимому, он представляет собой тот же красноватый плывун, который встречается в большинстве глубоких выработок в окрестностях Нью-Йорка.

Второй материал горняки окрестили «бычьей печенью» сразу же после его обнажения. «Бычья печень», по-видимому, является распространенным термином среди англоязычных горняков во всем мире. Однако сомнительно, чтобы он всегда применялся к одному и тому же материалу. В данном случае он состоял из прослоев синей глины и очень мелкого красного песка. Глина казалась совершенно чистой и полностью свободной от песка. Она легко раскалывалась по чистому, почти кристалличному излому, и в то же время была мягкой и легко разминалась. Слои глины варьировались по толщине от 1/16 дюйма до 1 дюйма, в то время как толщина слоя песка составляла от 1/4 дюйма до нескольких дюймов. Песок был тем же самым плывуном, который описан выше.

«Бычья печень» оказалась идеальным материалом для работы под проходческим щитом. Она держала вертикаль и удерживала воздух примерно так же хорошо, как и глина, но с ней было гораздо проще обращаться.

Третий материал представлял собой слой мелкого серого песка, который встречался в верхней части всех тоннелей на протяжении примерно 400 футов к востоку от рифа Блэкуэллс-Айленд. Он был очень рыхлым и состоял из зерен довольно однородного размера.

Во время вывода тоннелей из шахт и в течение более чем года после этого свод рабочей камеры в кессонах и шлюзы, описанные ранее в связи с шахтами в Лонг-Айленд-Сити, заменяли перемычку поперек тоннелей для удержания давления воздуха.

Первой работой под давлением воздуха было удаление заглушки щита, закрывавшей проем в боковой стене шахты. После этого щит был протащен через проем, и началась выемка грунта.

В начале щиты были оснащены подвижными площадками, но какие-либо защитные козырьки не устанавливались до тех пор, пока не была завершена выемка породы.

Методы выемки грунта.

Распределение извлекаемых материалов, описанное выше, разделило выемку на три четких класса, для которых пришлось разработать различные методы.

Этими тремя классами были:

Первый. — Участок полностью в скальном грунте. Второй. — Порода в нижней части, грунт в верхней. Третий. — Участок полностью в мягком грунте.

Протяженность второго и третьего классов была намного больше первого, и они, разумеется, определяли применение проходческого щита. Ранее щиты широко не применялись на скальных работах — ни там, где забои полностью состояли из породы, ни там, где они состояли из нее частично, — и методы приходилось вырабатывать на основе опыта. Технические условия требовали, чтобы при наличии породы в нижней части было уложено бетонное ложе в виде люльки, по которому продвигался бы щит.

Сплошной скальный грунт. — В разное время для выемки на участках, состоящих сплошь из породы, применялись три основных метода. Их можно назвать: метод нижней выработки (забоя); метод полносечения; метод центральной выработки (забоя).

Метод нижней выработки был опробован первым. Забой высотой около 8 футов и шириной около 12 футов проходился по центральной линии, причем его подошва располагалась как можно ближе к проектной отметке низа тоннеля. Бурение производилось обычным способом четырьмя перфораторами, смонтированными на двух колоннах. Забой опережал режущую кромку на расстояние от 10 до 30 футов. После проходки забоя на длину около 10 футов нижняя часть очищалась и устанавливалось бетонное ложе. Ширина таких лож варьировалась, но обычно составляла от 8 до 10 футов.

Выработка расширялась до полного сечения по мере продвижения щита, причем перфораторы устанавливались в передних отсеках щита, как показано на рис. 1 на листе LXVII, на котором представлены условия после того, как в перемычке был прорублен проем, но до того, как были разработаны упомянутые ниже новые методы.

Plate LXVIII

Бока и свод обрушались взрывом в сторону забоя. Площадь забоя, остававшаяся позади выработки, была велика, и для эффективного взрыва забоя требовалось очень большое количество шпуров и несколько приемов взрывания. Как только в забое начинались взрывные работы, он полностью блокировался, и работы там приходилось приостанавливать до тех пор, пока выдача породы не была практически завершена. Метод нижней выработки был, пожалуй, столь же хорош, сколь и любой другой, который можно было бы придумать для использования с щитами в их первоначальной конструкции. всю породу приходилось вручную вынимать из забоя и транспортировать через желоба или дверцы. Буря с самого щита, часть породы удавалось подорвать на выносные площадки полов, откуда ее можно было перегружать из верхних отсеков. Однако в худшем случае щит с глухой поперечной перемычкой представлял собой серьезное препятствие для быстрого выполнения работ на скальных участках.

Метод полносечения применялся только там, где скальная порода считалась недостаточно надежной для выработки. На подошве выполнялся взрыв с отбойкой шпуров, а также боковых шпуров, способом, весьма схожим с тем, который применялся для первой группы шпуров при нижней выработке. Затем устанавливалось ложе секциями длиной 2,5 или 5 футов, после чего производился взрыв остальной части забоя тем же способом, что и для метода нижней выработки. Глухая поперечная перемычка со шлюзовыми камерами, показанная на рис. 1 на листе LXVI, была установлена в щите в надежде, что потребуется поддерживать полное давление воздуха только в рабочих отсеках перед перемычкой. Также предполагалось, что какая-либо конструкция перемычки, которую можно было быстро и герметично закрыть, окажется необходимой для предотвращения затопления тоннеля в случае прорыва воздуха. Хотя попыток снизить давление за перемычкой щита никогда не предпринималось, из опыта работы с тоннелями B и D в песке между Манхэттеном и рифом было очевидно, что этот план непрактичен и что глухая перемычка внизу является помехой, а не средством защиты. Как только в этих тоннелях у западного края рифа была встречена скальная порода, подрядчик прорезал перемычки и видоизменил их, как показано на рис. 2 на листе LXVI.

Воспользовавшись приобретенным опытом, проемы прорезали в перемычках щитов A и C, когда те были остановлены у края манхэттенской уступовой породы. При монтаже щитов в Лонг-Айленд-Сити в мае и июне 1906 г. проемы также были предусмотрены. Этим щитам на старте предстояло пройти около 700 футов породы, большая часть которой представляла собой сплошной скальный участок. Именно в этой точке впервые стали широко применяться проемы и были разработаны методы, которые были бы невозможны иначе, чем при условии возможности протаскивания вагонеток через щит. Сначала был опробован метод нижней выработки, однако рабочее пространство перед щитом было тесным, и в погрузке вагонеток могло быть задействовано лишь немного людей. Чтобы обеспечить больше пространства, забой постепенно расширялся. Расширение в верхней части, выполняемое со щита, блокировало все работы в забое во время проведения этой операции. Чтобы сократить простои, забой был поднят, что позволило уменьшить количество породы, оставляемой вверху, а нижняя часть разрабатывалась в виде уступа. Во время взрыва в верхней части, во избежание блокирования путей, с полов средних рабочих отсеков была выдвинута вперед тяжелая деревянная платформа. Большая часть породы из верхней части задерживалась на платформе и сбрасывалась в стоящие внизу вагонетки. Этот метод работы показан на рис. 2 на листе LXVII. Платформы оказались не вполне удовлетворительными, и позже перфораторы в забое были развернуты вверх, а верхний уступ также обуривался и взрывался, как показано на рис. 3 на листе LXVII. После этого вверху оставалось так мало породы, что ей позволяли падать прямо на пути, откуда она быстро убиралась. Описанный метод называется методом центральной выработки и оказался наиболее удовлетворительным решением для участков сплошной скальной породы.

Выработка в частично скальном и частично мягком грунте. — Это была, пожалуй, наиболее сложная работа, с которой пришлось столкнуться, особенно когда скальная порода была покрыта валунами и крупным острым песком, допускавшим свободный выход воздуха. Перед удалением породы, находившейся непосредственно под мягким грунтом, необходимо было вынуть грунт впереди щита до точки, расположенной за пределами участка разработки породы, и каким-либо образом укрепить свод, бока и забой образовавшегося проема. Защитные козырьки были спроектированы главным образом для удержания свода и боков. При использовании жесткого козырька требовалось либо выполнять выработку на длину планируемого шага впереди него, либо вдавливать козырек в нетронутый материал. Чтобы избежать этой трудности, в качестве эксперимента были испытаны скользящие козырьки.

При использовании скользящего козырька, который будет подробно описан в докладе мистера Джаппа, сегменты, начиная с верхнего, по одному продвигались вперед с помощью винтовой тяги как можно дальше в нетронутый грунт. Затем из-под секции и перед ней удалялось ровно столько материала, чтобы освободить ее, после чего она снова продвигалась вперед. Эти операции повторялись до тех пор, пока секция не выдвигалась на расстояние, достаточное для шага щита. Как только две или три секции продвигались таким образом, забой у переднего конца скользящего козырька защищался забойной доской, установленной на ребро и раскрепленной от забоя. Постепенно все сегменты продвигались вперед, и одновременно весь забой из мягкого грунта затягивался досками. Время от времени поверх выдвинутых сегментов укладывались горизонтальные доски крепления (полинги), чтобы освободить место для следующего шага, как показано на листе LXVIII. При продвижении щита гайки на винтовых тягах ослаблялись, и секции козырьков телескопически сдвигались внутрь щита. Идея была остроумной, но оказалась непрактичной из-за неравномерных относительных перемещений верхней и нижней частей щита при его толкании, что создавало поперечные напряжения в секциях козырька.

Plate LXIX

При использовании жесткого козырька для поддержки свода и боков применялись доски крепления (полинги), а забой крепился способом, описанным для скользящих козырьков. Полинги обычно представляли собой доски из клена или дуба толщиной 2 дюйма, шириной около 8 дюймов и длиной 6,5 футов. При разработке забоя сначала удалялась верхняя доска старой забойки, после чего материал аккуратно выбирался на длину полинга. Затем последний устанавливался так, чтобы его задний конец опирался на козырек, а передний был заглублен как можно дальше в нетронутый грунт. После установки двух или трех полингов устанавливалась забойная доска. Когда несколько полингов оказывались на своих местах, их передние концы поддерживались какой-либо консолью, прикрепленной к козырьку. На листе LXIX показан один из видов таких опор. Таким образом весь мягкий грунт вынимался до поверхности породы, а свод, бока и забой затягивались досками. При продвижении щита полинги в своде и боках терялись. Было установлено, что забой обычно можно безопасно разрабатывать на 5 футов. Жесткий козырек позволял устанавливать забой на 7–8 футов впереди режущей кромки без увеличения длины полингов. Это расстояние было достаточным для двух шагов и применялось повсеместно, хотя многие забои настраивались всего на один шаг.