«Тоннелестроение: Практическое руководство»

Рис. 116. — Двухствольное сечение, Бостонский метрополитен.

Методы строительства. — При строительстве метрополитена применялось несколько различных методов. Там, где было достаточно места, применялся метод одной широкой траншеи при строительстве «cut-and-cover», при этом грунт удалялся по мере разработки. На улицах, за исключением мест, где прибегали к обычному тоннелестроению, применялись методы параллельной траншеи или поперечной траншеи «cut-and-cover».

При методе поперечной траншеи траншеи шириной около 12 футов разрабатывались поперек улицы, их длина была равна предельной поперечной ширине обделки тоннеля, а глубина — глубине подошвы тоннеля. Эти траншеи начинались ночью и немедленно перекрывались деревянной платформой вровень с поверхностью улицы. Под этими платформами разработка завершалась и строилась обделка. По мере завершения каждой траншеи или «секции» улица над ней восстанавливалась, а платформа перестраивалась над следующей траншеей или секцией. Во время строительства каждой секции уличное движение, включая трамваи, осуществлялось по деревянной платформе.

Рис. 117. — Четырехпутное прямоугольное сечение, Бостонский метрополитен.

Увеличенная иллюстрация

Рис. 118. — Сечение, показывающее метод строительства секциями, Бостонский метрополитен.

Увеличенная иллюстрация

При методе параллельной траншеи короткие параллельные траншеи выкапывались для противоположных боковых стен, а также для промежуточных колонн и полностью перекрывались в ночное время. Под этим перекрытием возводилась каменная кладка боковых стен и фундаментов колонн, а также сами колонны. Когда боковые стены и колонны были возведены, поверхность улицы между ними удалялась, укладывались балки кровли и возводилось платформенное покрытие, как показано на рис. 118. Эти кровельные работы также выполнялись ночью. Последующие работы по строительству сводов кровли, удалению остатков грунта и строительству обратного свода велись под платформенным покрытием, которое тем временем поддерживало уличное движение. Последовательное повторение описанных процессов привело к строительству метрополитена.

Там, где движение на улице выше было очень интенсивным, прибегали к тоннелестроению. Для небольших частей этой работы разработка велась обычным способом с использованием деревянного крепления, но большая часть тоннельных работ выполнялась с помощью кровельного щита. В последнем случае боковые стены сначала строились в небольших нижних боковых штольнях и были снабжены путями сверху для поддержки кровельного щита. Конструкция и работа этого щита полностью описаны в следующей главе о щитовой системе тоннелестроения.

Каменная кладка. — Каменная кладка наклонных подходов к метрополитену состоит просто из двух параллельных подпорных стен из каменной кладки. В широкоарочных и двухствольных тоннельных секциях боковые стены выполнены из бетона, а своды кровли — из кирпичной кладки. В других частях метрополитена каменная кладка состоит из кирпичных сводов, возведенных между балками кровли и покрытых бетоном, из бетонных стен, в которые встроены боковые колонны, а также из бетонного обратного свода и фундаментов для колонн. Рис. с 115 по 118 включительно показывают общие детали каменных работ для каждого из трех сечений. Внутренняя поверхность обделочной кладки окрашена белой краской.

Станции. — Проектирование и строительство станций для Бостонского метрополитена стали предметом значительных размышлений. Все станции состоят из двух островных платформ из искусственного камня с лестницами, ведущими на улицу выше. Платформы сделаны на 1 фут выше рельсов. Сама конструкция станции построена из стальных колонн и балок кровли с кирпичными сводами кровли и бетонными боковыми стенами. Ее интерьер облицован белой эмалированной плиткой. Промежуточные колонны обшиты деревом и имеют круглые деревянные сиденья у основания. Каждая лестница покрыта легким корпусом, состоящим из стального каркаса с медным покрытием и внутренней отделкой из дерева и плитки.

Вентиляция. — Метрополитен вентилируется с помощью вытяжных вентиляторов, расположенных в семи вентиляционных камерах, некоторые из которых содержат два вентилятора, а другие только один. Каждый из вентиляторов имеет производительность от 30 000 до 37 000 кубических футов воздуха в минуту и приводится в действие электродвигателем, получающим ток от троллейных проводов. Эта система вентиляции работает удовлетворительно.

Удаление дождевой воды. — Дождевая вода, попадающая в метрополитен через наклонные входы, вместе с водой от утечек поднимается на высоту от 12 до 18 футов автоматическими электрическими насосами в городскую канализацию. Метрополитен имеет насосные колодцы у Общественного сада, на Элиот-стрит, Адамс-сквер и Хеймаркет-сквер. В каждом из этих колодцев находятся два вертикальных погружных центробежных насоса, изготовленных полностью из композитного металла. В каждой камере выше находятся два электродвигателя, управляющие насосами. Каждый двигатель запускается и останавливается в зависимости от уровня воды с помощью поплавка и автоматического пускового устройства. Поплавки расположены так, что обычно используется только один насос. Другой, однако, вступает в строй в случае, если первый насос неисправен или вода поступает быстрее, чем один насос может ее удалить. В последнем случае оба двигателя продолжают работать до тех пор, пока не будет достигнут тот же низкий уровень.

На внутренних стенах или кровле метрополитена почти нет сырости, за исключением атмосферного конденсата, хотя на некоторых частях стен можно увидеть многочисленные обесцвеченные пятна, вызванные сыростью и пылью. По существу, вся утечка поступает через небольшие дренажи в обратном своде, ведущие из углублений, оставленных в боковых стенах. Тщательные измерения были проведены в конце необычайно влажного сезона, чтобы определить фактическое количество утечки, и общее количество для всего метрополитена составило около 81 галлона в минуту.

Расчетные объемы. — Расчетные объемы материалов, использованных при строительстве метрополитена, были следующими:

Excavation 369,450 cu. yds.

Concrete 75,660 „ „

Brick 11,105 „ „

Steel 8,105 tons

Granite 2,285 cu. yds.

Piles 117,925 lin. ft.

Ribbed tiles 12,440 sq. yds.

Plaster 88,190 „ „

Waterproofing (asphalt coating) 117,980 „ „

Artificial stone 6,790 „ „

Enameled brick 2,210 „ „

Enameled tiles 2,855 „ „

Стоимость метрополитена. — Расчетная стоимость метрополитена, сделанная до начала работ, составляла приблизительно 4 000 000 долларов, а стоимость строительства не превысила 3 700 000 долларов. Это включает вентиляционные и насосные камеры, изменения водопроводных и газовых труб, канализаций и других сооружений, администрацию, проектирование, проценты по облигациям и все прочие расходы. Разделив эту сумму на общую длину, мы получаем стоимость за погонный фут в 342,30 доллара.

Скоростная железная дорога Нью-Йорка.

— Проект подземной скоростной железной дороги, которая должна пройти по всей длине острова Манхэттен, возник за несколько лет до 1890 года. Однако в 1894 году была назначена Комиссия по скоростному транспорту для подготовки планов такой дороги, и после большого количества проблем и задержек эта комиссия присудила контракт на строительство г-ну Джону Б. Макдональду из Нью-Йорка 15 января 1900 года.

Маршрут. — Дорога начинается от петли, которая окружает парк Сити-Холл. Внутри этой петли тоннельная конструкция двухпутная; но там, где главная линия покидает петлю, все четыре пути выходят на один уровень и далее идут бок о бок, за исключением точек, которые будут отмечены по мере описания. Проходя от петли, четырехпутная линия проходит под улицами Сентер и Элм. Она продолжается под Лафайет-плейс, через Астор-плейс и частную собственность между Астор-плейс и Девятой улицей до Четвертой авеню. Затем дорога проходит под Четвертой и Парк-авеню, пока не достигает 42-й улицы. В этой точке линия поворачивает на запад вдоль 42-й улицы, по которой она следует до Бродвея. Она снова поворачивает на север под Бродвеем к бульвару, пересекая Круг на 59-й улице. Затем дорога следует по бульвару до 97-й улицы, где четырехпутная линия разделяется на две двухпутные линии.

В подходящей точке к северу от 96-й улицы внешние пути поднимаются, позволяя внутренним путям, по достижении точки вблизи 103-й улицы, повернуть направо, пройти под путями северного направления и далее следовать через частную территорию и под ней до 104-й улицы. Оттуда двухпутный тоннель проходит под 104-й улицей и Центральным парком до 110-й улицы, рядом с Ленокс-авеню; далее под Ленокс-авеню до точки вблизи 142-й улицы; затем через частную территорию и промежуточные улицы и под ними к реке Гарлем. Дорога проходит под рекой Гарлем, а также через частную территорию и под ней до 149-й улицы, по которой она следует до Третьей авеню, а затем проходит под Вестчестер-авеню, где в удобном месте пути выходят из тоннеля и прокладываются по виадуку вдоль и над Вестчестер-авеню, Южным бульваром и Бостон-роуд до парка Бронкс. Этот участок линии, от 96-й улицы до парка Бронкс, известен как линия Ист-Сайд.

С северной стороны 96-й улицы внешние пути поднимаются и, пересекая внутренние пути, сходятся в одном месте под осевой линией улицы и продолжаются под бульваром до точки между 122-й и 123-й улицами. В этой точке пути начинают выходить из тоннеля и прокладываются по виадуку вдоль и над бульваром в точке между 134-й и 135-й улицами, где они снова уходят в тоннель под бульваром и Одиннадцатой авеню и следуют вдоль них до точки примерно в 1350 футах к северу от осевой линии 190-й улицы. Там пути снова выходят из тоннеля и прокладываются по виадуку через частную территорию и над ней до Элвуд-стрит, а затем вдоль Элвуд-стрит до Кингсбридж-стрит, Кингсбридж-авеню, частной территории, судоходного канала Гарлем и ручья Спайтен-Дайвил, частной территории, Ривердейл-авеню и Бродвея до конечной станции вблизи парка Ван-Кортланд. Участок линии от 96-й улицы до вышеупомянутой конечной станции в парке Ван-Кортланд известен как линия Вест-Сайд.

Общая протяженность скоростной транспортной дороги, включая части над и под поверхностью улиц, а также обе линии — Ист-Сайд и Вест-Сайд, составляет около 22 1/2 миль.

Проходимые материалы. Грунт, в котором велась проходка дороги, был разнообразным. Нижняя часть дороги, или участок, включающий петлю до почти Четвертой улицы, была пройдена в рыхлом грунте, но от Четвертой улицы до конечных пунктов проходка велась в скальных породах. Рыхлый грунт, образующий южную часть острова Манхэттен, состоит преимущественно из глины, песка и старого строительного мусора — грунта, очень легкого для разработки. В некоторых местах встречалась вода, но не в таких количествах, чтобы создавать серьезные неудобства. От Четвертой улицы до конечных пунктов обеих линий, восточной и западной, грунт состоял преимущественно из гнейсовых и слюдяно-сланцевых пород; эти породы преобладают почти на всей территории острова Манхэттен. Скальная порода, как правило, была не плотной, а полной швов и трещин, и во многих местах она оказывалась разрушенной и чередовалась со слоями рыхлых грунтов; вдоль трассы дороги встречались даже карманы плывуна.

Поперечные сечения. Сечение подземной дороги бывает трех различных типов: прямоугольное, сводчатое и круглое. Прямоугольное сечение (рис. 119) используется для большей части дороги, причем часть ее рассчитана на четыре пути, а часть — на два. Принятые размеры для четырех путей составляют 50 × 13 футов, а для двух путей — 25 × 13 футов. Сводчатое сечение, состоящее из многоцентровой арки с наиболее плоской кривой в замке, было принято для тоннелей под Парк-авеню, в то время как полуциркульная арка используется для всех остальных участков дороги, прокладываемых тоннельным способом. Круглое сечение диаметром 15 футов используется под рекой Гарлем, и, поскольку оно рассчитано на один путь, были построены два параллельных тоннеля бок о бок.

Рис. 119. Двухпутное сечение, Нью-Йоркская скоростная транзитная железная дорога.

Увеличенная иллюстрация

Основная линия от петли Сити-холла до примерно 102-й улицы состоит из четырех путей, проложенных бок о бок в одном тоннеле, за исключением участка под существующим тоннелем Четвертой авеню, где используются два параллельных двухпутных тоннеля. Линия Вест-Сайд будет состоять из двух путей, проложенных в одном тоннеле, за исключением участка через Манхэттен-стрит и за 190-й улитой, где она проходит по эстакаде. Линия Ист-Сайд состоит из двухпутного тоннеля, проложенного от 102-й улицы и бульвара под Центральным парком до 110-й улицы и Ленокс-авеню, и двух параллельных круглых тоннелей, пройденных под рекой Гарлем; остальные участки дороги представляют собой двухпутные тоннели мелкого заложения и эстакады.

Методы проходки. Как двухпутный, так и четырехпутный тоннели строились с использованием различных вариантов метода открытой проходки (cut-and-cover). Метод широкой траншеи использовался для строительства двухпутной линии, а также для строительства четырехпутной линии там, где это позволяли местные условия. Метод узкой траншеи применялся при строительстве четырехпутного тоннеля на 42-й улице, чтобы соответствовать особым условиям движения. Почти вся протяженность четырехпутной линии тоннеля была построена с помощью двух параллельных боковых траншей. Метод секционной проходки (slice method), так успешно примененный в Бостонском метрополитене, использовался только на 42-й улице к западу от 6-й авеню.

Обделка. Обделка тоннеля выполнена из бетона на стальном каркасе. Пол состоит из фундаментного слоя бетона толщиной не менее восьми дюймов на хорошем основании, но более толстого, в зависимости от условий, там, где основание плохое. Поверх него укладывается еще один слой бетона с прослойкой гидроизоляции между ними. В этот верхний слой устанавливаются каменные пьедесталы для стальных колонн и элементы, составляющие пути.

В четырехпутном тоннеле стальной каркас состоит из поперечных рам из колонн и двутавровых балок, расположенных с шагом около пяти футов вдоль тоннеля. Три внутренние колонны каждой рамы представляют собой составные колонны H-образного сечения из бульб-уголков и листов. Стеновые колонны — двутавровые балки, как и балки перекрытия; между двутавровыми балками, стеновыми колоннами и балками перекрытия имеется бетонное заполнение, так что перекрытие тоннеля состоит из бетонных арок, опирающихся на полки двутавровых балок перекрытия. Используемый бетон состоит из одной части портландцемента, двух частей песка и четырех частей щебня. Двухпутный тоннель построен таким же образом, за исключением того, что между путями для поддержки перекрытия установлена только одна колонна.

Вся бетонная кладка перекрытия, фундаментов и боковых стен содержит слой гидроизоляции, чтобы поддерживать подземную дорогу в идеальной сухости и предотвращать просачивание воды. Эта гидроизоляция выполнена следующим образом: на нижний слой бетона, поверхность которого сделана максимально гладкой, наносится слой горячего асфальта. На этот асфальт немедленно укладываются листы или рулоны войлока; затем поверх войлока наносится еще один слой горячего асфальта, затем укладывается еще один слой войлока и так далее, пока не будет уложено не менее двух и не более шести слоев войлока с прослойками асфальта между ними. Поверх верхнего слоя асфальта укладывается остальная часть бетона до достижения требуемой толщины бетонной стены.

Рис. 120. Строительство глубокого тоннеля на Парк-авеню, Нью-Йоркская скоростная транзитная железная дорога.

Тоннели. Когда расстояние между перекрытием проектируемого сооружения и улицей составляло 20 футов или более, стандартная конструкция тоннеля заменялась на тоннели глубокого заложения. Вдоль линии Нью-Йоркского скоростного транзита было построено три важных тоннеля, расположенных между 33-й и 42-й улицами на Парк-авеню, под Центральным парком к северо-востоку от 104-й улицы и под Бродвеем к северу от 152-й улицы. Сооружение на Парк-авеню (рис. 120) состоит из двух параллельных двухпутных тоннелей, расположенных по обе стороны улицы и примерно на 10 футов ниже существующего тоннеля. Поскольку грунт состоял из хорошей скальной породы, тоннели проходились широким забоем с одним нижним уступом, так как крепление не требовалось, а каменная обделка, даже свода, значительно отставала от забоя. Каменная обделка состоит из бетонных стен и кирпичных арок. Поскольку тоннели под Центральным парком и под Бродвеем проходились в аналогичной скальной породе, использовался тот же метод проходки и тот же способ обделки.

Тоннель под рекой Гарлем проходил в мягком грунте; он был построен как подводный тоннель по кессонному методу. Тоннели были обделаны чугунными тюбингами, состоящими из сегментов с радиальными и кольцевыми фланцами. Бетон был уложен внутри вровень с фланцами.

Рис. 121. Тоннель под рекой Гарлем, Нью-Йоркская скоростная транзитная железная дорога.

Увеличенная иллюстрация

Пути, как в тоннелях мелкого, так и глубокого заложения, являются неотъемлемой частью бетонного пола. Рельс опирается на непрерывное основание из деревянных брусков, уложенных волокнами поперек линии рельса и удерживаемых на месте двумя швеллерными контррельсами. Контррельсы приболчены к металлическим поперечинам, заделанным в бетон.

Виадук. Значительная часть двухпутных ответвлений к северу от 103-й улицы представляет собой виадук или эстакадное сооружение. Виадук на линии Вест-Сайд простирается, включая подходы, от 122-й до почти 135-й улицы. Из этого расстояния 2018 футов 8 дюймов приходится на собственно виадук, состоящий из пролетов со сплошностенчатыми балками, опирающимися на эстакадные опоры по концам и на эстакадные башни в центральной части. Колонны опор и башен представляют собой составные колонны H-образного сечения из бульб-уголков и листов, той же формы, что и колонны, используемые в рамах внутри тоннеля. Собственно подходы построены из камня. Эстакадная линия состоит из пролетов со сплошностенчатыми балками, опирающимися на поперечные балки, которые, в свою очередь, опираются на колонны.

Станции. Вдоль линии построено множество станций. Они расположены по обе стороны улицы. Входы на станции состоят из железного каркаса со стеклянными крышами, закрывающими спускающиеся лестницы. Спускающиеся переходы облицованы белым эмалированным кирпичом и отделаны мраморными плитами. Станции для местных поездов расположены по обе стороны дороги вплотную к стенам, так как внешние пути зарезервированы для местных поездов, а средние — для экспрессов. Немногочисленные станции для экспрессов расположены между средними и внешними путями. Станции оснащены всеми необходимыми удобствами: туалетами, газетными киосками, скамейками и т. д., и освещаются днем и ночью многочисленными дуговыми лампами.

Общие сведения. Подрядчик завершил работу за четыре года. При этом не возникло никаких трудностей, поскольку большая протяженность дороги и значительная ширина проспектов, под которыми она проходит, позволили вести работы одновременно по всей линии. Работа, кратко суммируя, включает следующие пункты:

Length of all sections, ft. 109,570

Total excavation of earth, cu. yds. 1,700,228

Earth to be filled back, cu. yds. 773,093

Rock excavated, cu. yds. 921,128

Rock tunneled, cu. yds. 368,606

Steel used in structure, tons 65,044

Cast iron used, tons 7,901

Concrete, cu. yds. 489,122

Brick, cu. yds. 18,519

Waterproofing, sq. yds. 775,795

Vault lights, sq. yds. 6,640

Local stations, number 43

Express stations, number 5

Station elevators, number 10

Track total, lin. ft. 305,380

„ underground, lin. ft. 245,514

„ elevated, lin. ft. 59,766

Помимо строительства самой железной дороги, необходимо было построить или реконструировать определенные канализационные коллекторы, а также отрегулировать, перенастроить и поддерживать линии уличных железных дорог, водопроводные трубы, тоннели и другие наземные и подземные сооружения, а также переложить дорожное покрытие улиц.

Общая стоимость работ, согласно контракту, подписанному г-ном Макдональдом, составила 35 000 000 долларов. Разделив эту сумму на общую длину дороги, которая составляет 109 570 погонных футов, мы получаем удельную стоимость погонного фута в 315 долларов, что немного меньше удельной стоимости Бостонского метрополитена, которая составляла 342 доллара за погонный фут.

Дорога принадлежит городу. Подрядчик выступает в качестве агента города при выполнении работ и является арендатором дороги сроком на пятьдесят лет. Работы оплачивались по мере завершения различных частей дороги, а деньги были получены от выпуска городских облигаций. В течение пятидесятилетней аренды подрядчик будет выплачивать проценты плюс 1% от номинальной стоимости облигаций. Этот 1% идет в амортизационный фонд, который в течение пятидесяти лет при сложных процентах образует общую сумму, необходимую для погашения облигаций.

Первая линия Нью-Йоркского метрополитена была продлена до Бруклина, и будут построены новые линии, чтобы сформировать полную систему подземных железных дорог для обслуживания постоянно растущего потока пассажиров американского мегаполиса. Никаких новых методов строительства пока не разработано. Единственное отличие от проиллюстрированных методов имело место там, где тоннель строился под эстакадной дорогой, которую необходимо было надежно поддерживать во время строительства тоннеля. Это было сделано двумя различными способами: либо путем поддержки колонн эстакадной дороги с помощью двух деревянных А-образных рам, упирающихся вверху и оставляющих большое пространство рядом с основанием колонны, где выкапывался котлован до требуемой глубины тоннеля, либо путем крепления колонн к длинным железным балкам, расположенным продольно и опирающимся обоими концами на твердый грунт.

ГЛАВА XVII. ПОДВОДНОЕ ТОННЕЛЕСТРОЕНИЕ: ОБЩЕЕ ОБСУЖДЕНИЕ. — ТОННЕЛЬ СЕВЕРН.

ОБЩЕЕ ОБСУЖДЕНИЕ.

Подводные тоннели, или тоннели, пройденные под руслами рек, озер и т. д., были построены в большом количестве за последнюю четверть века, а проекты таких тоннелей, которые еще не доведены до завершения, еще более многочисленны. Среди наиболее примечательных завершенных работ такого характера можно отметить тоннель под рекой Северн и тоннели под рекой Темзой в Англии, тоннель под рекой Сеной во Франции, тоннели под реками Сент-Клэр, Детройт, Гудзон, Гарлем и Ист-Ривер, а также тоннель под Бостонской гаванью для железных дорог, тоннель под Ист-Ривер для газопроводов, тоннель под Дорчестерским заливом в Бостоне для канализации и тоннели под озерами Мичиган и Эри для водоснабжения Милуоки, Чикаго, Буффало и Кливленда в Америке. За подробностями о различных проектируемых примечательных подводных тоннелях, к которым относятся тоннели под проливами Ла-Манш и Ирландским, под Гибралтарским проливом, под проливом между Копенгагеном в Дании и Мальмё в Швеции, под Мессинским проливом между Италией и Сицилией, под проливом Нортумберленд между Нью-Брансуиком и островом Принца Эдуарда, а также тоннели, соединяющие различные острова Берингова пролива, читателя отсылают к периодической литературе последних нескольких лет.

Перед тем как приступать к проходке подводного тоннеля, необходимо установить характер материала, который он будет прорезать. Этот факт обычно определяется путем алмазного бурения вдоль трассы, и цель его установления — определить метод проходки, который следует принять. Если материал проницаем и тоннель должен проходить на небольшой глубине под руслом реки, необходимо будет принять метод, предусматривающий решение проблемы притока воды. Если, с другой стороны, тоннель проходит через непроницаемый материал на большой глубине, необычных проблем с водой не возникнет, и можно использовать почти любой из обычных методов тоннелестроения в таких материалах. Мелкозаглубленные подводные тоннели в проницаемых грунтах обычно проходятся щитовым методом, методом сжатого воздуха или методом, представляющим собой комбинацию первого и второго.

Нередко бывает, что проходка подводного тоннеля начинается в твердом грунте, а по мере продвижения работ неожиданно выясняется, что этот материал становится мягким и коварным, или что он пересекается пластами мягкого материала. Метод борьбы с этим состоянием будет варьироваться в зависимости от обстоятельств, но, как правило, если приходится проходить значительное количество мягкого материала или если приток воды очень велик, система проходки в твердом грунте заменяется одним из методов, используемых для проходки подводных тоннелей в мягком грунте. Тоннель водоснабжения Милуоки, описанный в другом месте, является примечательным примером подводных тоннелей, начатых в твердом материале, который неожиданно приобрел коварный характер после того, как работы продвинулись на некоторое расстояние. Иногда возникает задача строительства подводного тоннеля в русле реки. В таких случаях тоннель обычно строится с помощью перемычек на мелководье и с помощью кессонов на глубокой воде.

Подводные тоннели под реками обычно строятся с нисходящим уклоном с каждого конца, который заканчивается горизонтальным участком посередине, при этом продольный профиль тоннеля соответствует поперечному профилю дна реки. Однако там, где такие тоннели проходят под водой с одним погруженным концом, а другой конец поднимается на сушу, как тоннели водоснабжения Чикаго, Милуоки и Кливленда, продольный профиль обычно горизонтален или же опускается от берега к горизонтальному участку, уходящему под воду.

Водоотлив из подводных тоннелей во время строительства — одна из самых серьезных проблем, с которыми приходится сталкиваться инженеру при таких работах. Это связано с тем, что, поскольку входы в тоннель выше других его частей, вся просачивающаяся вода остается в тоннеле, если ее не откачивать, а также с возможностью встречи с разломами или проницаемыми пластами, которые доходят до русла потока и дают доступ воде в больших или меньших количествах. Поэтому, как правило, проходка ведется таким образом, чтобы притекающая вода направлялась непосредственно в зумпфы. Для осушения этих зумпфов необходимы насосные станции у береговых шахт, и они должны иметь достаточную мощность, чтобы справляться с обычным количеством просачивающейся воды, и достаточный резерв мощности для удовлетворения вероятных увеличений притока. Для чрезвычайных ситуаций эту установку, возможно, придется значительно увеличить, но обычно их не предусматривают заранее, если только их вероятность не очевидна с самого начала. Характер и размер насосных установок, использованных при строительстве ряда известных тоннелей, описаны в главе XII.

В этой книге подводные тоннели будут классифицироваться следующим образом: (1) тоннели в скальных или очень плотных грунтах, которые проходятся любым из обычных методов тоннелестроения в аналогичных материалах на суше; (2) тоннели в рыхлых грунтах, которые могут проходиться (а) сжатым воздухом, (b) щитами или (c) щитами и сжатым воздухом в комбинации; (3) тоннели в русле реки, которые строятся (а) перемычками или (b) кессонами. Для иллюстрации тоннелей первого класса был выбран тоннель Северн в Англии; для иллюстрации тоннелей второго класса достаточно нескольких тоннелей, обсуждаемых в главе о щитовом методе тоннелестроения, и тоннеля в Милуоки; для иллюстрации тоннелей третьего класса выбраны тоннель Ван-Бюрен-стрит в Чикаго, тоннели под реками Гарлем, Сена и Детройт.

ТОННЕЛЬ СЕВЕРН.

Тоннель Северн, по которому проходит Большая западная железная дорога Англии под эстуарием крупной реки, имеет длину 4 мили 642 ярда. Он проходит через пласты конгломерата, известняка, каменноугольных отложений, мергеля, гравия и песка на минимальной глубине 44 3/4 фута ниже самой глубокой части дна эстуария. Следующее описание работ взято из статьи г-на Л. Ф. Вернон-Харкорта. [12]

[12] Труды Института гражданских инженеров, том cxxi.

Первой работой было проходка шахты диаметром 15 футов, обделанной кирпичной кладкой, на Монмутширском берегу Северна глубиной 200 футов. После того как Монмутширская шахта была пройдена, под рекой был пройден забой сечением 7 футов квадратных, поднимающийся с уклоном 1 к 500 от шахты на Монмутширском берегу, чтобы осушить самую низкую часть тоннеля. Рядом с первой была пройдена вторая шахта, закрепленная железной крепью, в которой были размещены насосы для удаления воды с работ в тоннеле, причем соединение было осуществлено поперечным забоем с забоем от первой шахты. Также была шахта на Глостерширском берегу; и две шахты в глубине суши от первой на Монмутширской стороне, чтобы ускорить строительство тоннеля. Затем от четырех шахт были пройдены забои в обоих направлениях вдоль линии тоннеля, а дренажный забой от старой шахты был продолжен по линии тоннеля под глубоким руслом эстуария и вверх по восходящему уклону к Глостерширскому берегу, пока в октябре 1879 года он не достиг расстояния около 130 ярдов от конца нисходящего забоя от Глостерширской шахты. В этот период, хотя работа продвигалась медленно, в забоях не встречалось большого количества воды, несмотря на то, что они уже проходили почти под всей шириной эстуария. Однако 18 октября 1889 года большой источник был вскрыт забоем, который проходился в сторону суши от старой шахты, примерно на 40 футов выше уровня дренажного забоя; и вода хлынула из этого наземного источника в таком количестве, что, протекая по забою, падая вниз по старой шахте и таким образом находя путь в дренажный забой и длинный забой тоннеля под эстуарием, соединенный с ним, она затопила все выработки, сообщающиеся со старой шахтой, которую она также заполнила в течение двадцати четырех часов с момента прорыва источника.

Для обеспечения повышенной безопасности от любого притока воды из глубокого русла эстуария в тоннель, предлагаемый горизонтальный участок тоннеля, длиной чуть более фурлонга под этой частью, был опущен на 15 футов путем увеличения нисходящего уклона на Монмутширской стороне с 1 к 100 до 1 к 90 и понижения проектного уровня рельсов на Глостерширской стороне на 15 футов на всем протяжении подъема, чтобы не увеличивать уклон 1 к 100 против нагрузки. Была пройдена новая шахта диаметром 18 футов, немного ближе к эстуарию на Монмутширском берегу, чем старая; также были пройдены две шахты на стороне суши от большого источника для целей откачки; и было установлено дополнительное насосное оборудование. Поток из источника в старую шахту был перекрыт дубовым щитом, закрепленным поперек забоя; и наконец, после многочисленных отказов и поломок насосов, забои были очищены от воды после того, как водолаз, снабженный ранцем со сжатым кислородом, закрыл дверь в длинном забое под эстуарием; и работы были возобновлены почти через четырнадцать месяцев после затопления. Большой источник был затем отсечен от выработок стеной поперек забоя, ведущего к старой шахте; и из-за понижения уровня тоннеля пришлось пройти новый дренажный забой от дна новой шахты на более низком уровне, который был сделан диаметром 5 футов и обделан кирпичной кладкой, в то время как старый дренажный забой был расширен до 9 футов в диаметре и обделан кирпичной кладкой, чтобы способствовать постоянной вентиляции тоннеля. Понижение уровня, кроме того, превратило нижние забои тоннеля в верхние, так что на протяжении более мили тоннеля сначала была построена полуциркульная арка диаметром 26 футов, а затем, после опускания забоев, был уложен обратный свод и возведены боковые стены. Вдоль остальной части тоннеля были пройдены нижние забои, и работа была ускорена с помощью «разрывов» (break-ups). Вентиляция на работах осуществлялась вентилятором диаметром 18 дюймов и шириной 7 футов, установленным в верхней части новой глубокой шахты; порода бурилась сверлами, работающими на сжатом воздухе; взрывные работы в конечном итоге проводились исключительно с помощью тонита, благодаря тому, что он был более свободен от вредных испарений, чем любое другое взрывчатое вещество; а выработки освещались электрическими лампами Свана и Браша. Тоннель на всем протяжении обделан обожженной кирпичной кладкой толщиной от 2 1/4 до 3 футов, уложенной на цементе, и имеет обратный свод толщиной от 1 1/2 до 3 футов; обделка была начата к концу 1880 года, забои под рекой были соединены в сентябре 1881 года, а последний участок тоннеля, пересекающий линию большого источника, был завершен в апреле 1885 года.

Вода поступила из реки через отверстие в омуте эстуария, близ Глостерширского берега, в апреле 1881 года, во время обделки части тоннеля, но, к счастью, до соединения забоев. Этот приток был остановлен путем повышения уровня воды в тоннеле до уровня прилива, чтобы предотвратить расширение отверстия, которое затем было заполнено во время отлива глиной, пригруженной сверху глиной в мешках. Большой источник прорвался снова в октябре 1883 года и затопил работы во второй раз; но в течение четырех недель вода была откачана, а источник снова заключен в «тюрьму». В этот период исключительно высокий прилив, поднятый еще выше юго-западным штормом, затопил низменную землю на Монмутширской стороне эстуария и, протекая вниз по одной из внутренних шахт, затопил секцию тоннеля, но насосы удалили эту воду в течение недели.

Чтобы построить часть тоннеля, пересекающую линию большого источника, вода была отведена в боковой забой ниже уровня тоннеля, ведущий к старой шахте, откуда она откачивалась, а трещина под тоннелем была заполнена бетоном, поверх которого был построен обратный свод. Попытка заключить источник в «тюрьму» по завершении этого участка тоннеля привела к созданию чрезмерного давления на кирпичную кладку, что привело к трещинам и утечкам, поэтому в 1886 году сбоку от тоннеля в этом месте была пройдена шахта диаметром 29 футов и установлены насосы, достаточно мощные, чтобы справиться с полным потоком источника.

Тоннель был открыт для движения в декабре 1886 года и обеспечивает доступ к двухпутной железной дороге, соединяющей линии, сходящиеся к Бристолю, с Южно-Уэльской железной дорогой и западными линиями. Насосная мощность, предусмотренная в шахте, соединенной с большим источником, и в четырех других шахтах, способна поднимать 66 000 000 галлонов воды в день, при этом максимальное количество, откачиваемое из тоннеля, составляет 30 000 000 галлонов в день. Вентиляция тоннеля осуществляется вентиляторами, установленными в двух главных шахтах на каждом берегу эстуария, причем вентилятор в Монмутширской шахте имеет диаметр 40 футов и ширину 12 футов. Тоннель пропускает большой поток движения, им пользуются многочисленные сквозные поезда между севером и юго-западом Англии.

ГЛАВА XVIII. ПОДВОДНОЕ ТОННЕЛЕСТРОЕНИЕ (продолжение); МЕТОД СЖАТОГО ВОЗДУХА. — ТОННЕЛЬ ВОДОПРОВОДА МИЛУОКИ.

Тоннели, пройденные на небольшой глубине от русла реки, подвержены обрушению под огромным весом воды и материала над сводом. Кроме того, продвижению работ будет сильно мешать вода, которая может достигать тоннеля, проходя через рыхлый грунт в больших количествах. Для борьбы с этими двумя источниками проблем были разработаны различные методы строительства подводных тоннелей; это: сжатый воздух, щит и, наконец, комбинация этих двух методов, а именно: щит и сжатый воздух.

Метод сжатого воздуха был предложен г-ном Хаскином, инициатором и первым строителем тоннеля под рекой Гудзон. В 1874 году, когда он начал проходить шахту для строительства своего тоннеля, несколько подводных тоннелей уже были пройдены с помощью щитов. У г-на Хаскина были свои идеи, и он полагал, что может обойтись без щита и довериться сжатому воздуху, поскольку был твердо убежден, что сжатый воздух сам по себе может вытеснить воду и временно поддержать свод выработки до возведения каменной обделки. Другими словами, он рассчитывал заменить ядро из удаленной земли ядром из сжатого воздуха. В патенте, выданном ему на этот метод тоннелестроения, он выражается следующим образом: «Отличительной чертой моей системы является то, что вместо использования временных крепей из дерева или другого жесткого материала я полагаюсь на давление воздуха, чтобы противостоять обрушению стен и инфильтрации воды до тех пор, пока каменная стена не будет завершена. Давление, конечно, должно регулироваться требованиями случая. Было обнаружено, что эффект такого давления вытесняет воду с поверхности выработки, так что песок становится сухим».

Вскоре выяснилось, что метод сжатого воздуха неэффективен даже при строительстве тоннеля под Гудзоном, где свод выработки поддерживался креплением по типу пилотной системы. Таким образом, крупные подводные железнодорожные тоннели не могут быть пройдены исключительно методом сжатого воздуха; тем не менее, он успешно применялся при строительстве небольших тоннелей, пройденных для целей акведуков. Но использование сжатого воздуха ознаменовало большой прогресс в искусстве подводного тоннелестроения.

ТОННЕЛЬ ВОДОПРОВОДА МИЛУОКИ.

Следующее описание тоннеля водопровода Милуоки является примером подводных тоннелей, пройденных через хороший грунт обычным способом, используемым в тоннелях на суше; но впоследствии, когда встретился коварный материал, работа была продолжена с помощью сжатого воздуха.

Новый тоннель водозабора для города Милуоки, штат Висконсин, является одним из самых сложных примеров строительства тоннелей, которые предоставила американская инженерная практика. Трудности были в значительной мере неожиданными, когда работа была решена и начата. Тоннель начинался и заканчивался в твердой, непроницаемой глине, практически скальной породе, и все предварительные исследования привели к выводу, что такой же благоприятный материал будет встречаться на всем его протяжении. В таком материале тоннель с кирпичной обделкой диаметром 7 1/2 футов не представлял необычных проблем; но после того, как было пройдено около 1640 футов от берегового конца, тоннель вышел из твердой глины, и на следующих 600 футах или более встретилось разнообразие водоносных материалов, которые испытали мастерство и терпение инженера до предела. Встречались, конечно, и другие трудности, но они имели второстепенное значение по сравнению с задачей безопасного и успешного прохождения водоносного наноса.

Работа по проходке береговых шахт и выемке первых 1600 футов тоннеля не оказалась особенно сложной. Твердая, плотная и похожая на скалу глина, содержащая очень мало влаги, встречалась на всем протяжении, и ее взрывали и удаляли обычным способом. Единственным происшествием, которое случилось с этой частью работы, было уничтожение котельной установки подрядчика в результате пожара 12 января 1891 года, что позволило тоннелю заполниться водой и задержало работу примерно на месяц. К 21 октября 1891 года было пройдено 1640 футов, в среднем около 6 2/3 футов в день, все в твердой глине. Крепление не требовалось, и, за исключением первых 100 футов тоннеля, просачивание было очень незначительным. Во второй половине дня 21 октября было замечено, что из одного из буровых отверстий в забое выходит вода, но на это не обратили внимания. Вскоре после этого был произведен взрыв, за которым последовал приток воды из забоя. Была предпринята безуспешная попытка остановить поток, и были запущены насосы; но они не смогли справиться с водой, и после семи часов тяжелой работы тоннель был оставлен. К следующему утру тоннель и шахта были полны воды.

Было предпринято несколько попыток осушить тоннель; но ограниченная мощность насосов не соответствовала задаче, и в конечном итоге было решено установить более мощные насосы. Однако откачка показала, что через утечку поступает около 1000 галлонов воды в минуту. С увеличенной насосной установкой тоннель был окончательно осушен 13 февраля 1892 года. При осмотре забой наноса оказался в том же нетронутом состоянии, в котором он был оставлен, когда вода прорвалась тремя месяцами ранее.

В конце кирпичной кладки тоннеля была построена кирпичная перемычка, снабженная деревянной дверью для прохода и двумя 10-дюймовыми трубами для выхода воды. С закрытыми отверстиями поток был достаточно сдержан, чтобы позволить разместить насосы на дне береговой шахты. Тем временем давление воды на перемычку вызвало опасную утечку, поэтому после того, как насосы были установлены, 10-дюймовые трубы были открыты, снимая давление и позволяя воде течь с нормальной скоростью. Теперь возникли проблемы с насосами, и после различных остановок и поломок напорная труба в конце концов упала, выведя из строя всю установку. Стало необходимым закрыть 10-дюймовые трубы в перемычке и поднять насосы. Это позволило тоннелю снова заполниться водой.

После тщательного осмотра насосного оборудования подрядчик снова осушил тоннель 19 марта; и после того, как насосы были постоянно установлены для откачки воды, был произведен осмотр работы. Было обнаружено, что вода поступает с севера, и в надежде избежать трудностей старого забоя было решено сделать обход с юга. 16 апреля работа была начата в точке примерно на 90 футов назад от забоя, с отклонением линии примерно на 38° к югу. Примерно в 38 футах от точки соединения в новой выработке была построена кирпичная перемычка с двумя 8-дюймовыми отверстиями. Работа успешно продвигалась около 75 футов, когда снова была встречена вода; и при продвижении забоя гравий и песок хлынули в таких количествах, что продолжать работу дальше оказалось невозможным. 1 июня перемычка была окончательно закрыта, и работа в этом направлении была оставлена.

Теперь был проведен дальнейший и более тщательный осмотр первого оставленного забоя. При прорыве через похожую на скалу глину было обнаружено, что вода поступает из подземного потока, текущего с севера через четко выраженный канал в красной глине. Этот канал находился примерно на 13 футов выше проектной отметки тоннеля; а над ним во всех видимых направлениях находился слой твердой, сухой красной глины, в то время как непосредственно перед забоем находился банк крупного гравия. Рис. 122 представляет собой эскиз канала и потока в месте их входа в выработку. В этом последнем рисунке фотография была соблюдена точно, ни одна деталь не была преувеличена ни в малейшей степени. Вода из этого потока была чистой и прозрачной; а химический анализ показал, что это не озерная вода, а она должна поступать из какого-то отдельного источника.

Рис. 122. Эскиз, показывающий подземный поток, тоннель водопровода Милуоки.

Хотя инженер не считал трудность продолжения работ по старой линии непреодолимой, было решено, что в целом будет менее сложно вернуться на 150–175 футов и отклонить линию к северу и вверх, чтобы пройти над подземным входом. Вместо того чтобы позволить воде течь с нормальной скоростью и справляться с ней путем откачки, подрядчики пожелали сократить откачку, и с этой целью они построили перемычку чуть западнее отклонения к югу с целью перекрытия воды. Вода, однако, накопилась под давлением около 50 фунтов на кв. дюйм и проникла в заполнение вокруг кирпичной обделки тоннеля, препятствуя прорезке обделки для новой линии. Затем была построена вторая перемычка примерно в 20 футах к западу от первой, но с ненамного лучшими результатами, так как при ее закрытии было обнаружено, что вода просачивается через кирпичную кладку на большое расстояние к западу. Наконец, 2 августа 1892 года подрядчики подняли свои насосы и позволили тоннелю снова заполниться водой.

Дальнейшие работы на тоннеле подрядчиками не велись, хотя они продолжали работу на озерной шахте в течение нескольких месяцев. Однако здесь возникли трудности, которые будут описаны далее; и, наконец, возникли разногласия между подрядчиками и городом по поводу задержки в ведении работ в тоннеле и по одному-двум другим вопросам, что привело к тому, что городской совет приостановил их контракт и приказал Совету общественных работ продолжать работу.

Первым шагом, который должен был предпринять инженер, была закупка адекватного насосного оборудования и осушение тоннеля. Это было осуществлено 17 января 1894 года; и как только это стало возможным, две перемычки были удалены, тоннель очищен, уложены рельсы для вагонеток и все подготовлено к работе. Теперь было решено, если возможно, продолжать работу по первоначальной линии тоннеля, и перемычка здесь была удалена, а работа начата. Тем временем была построена предохранительная перемычка, чтобы заменить первую, снесенную. Она была снабжена дверью и дренажными трубами. Работа была начата в первоначальном забое, но продвинулась лишь немного, когда прорвалась вода, выгнав рабочих. Это повторялось три или четыре раза, когда поток внезапно увеличился до 3000 галлонов в минуту. Осмотр дна озера над местом прорыва показал, что оно осело, что указывало на то, что новый прорыв соединился с дном озера, и делало дальнейшую работу по первоначальной линии невозможной.

Теперь возник вопрос, что лучше всего сделать. Использовать щит было невозможно, так как материал перед прорывом требовал взрывных работ, а давление сверху было огромным. Из-за дороговизны и сложности применения метод замораживания не казался целесообразным, а метод сжатого воздуха (plenum process) был также исключен из-за огромного давления, которое потребовалось бы на этой глубине. Обход с юга, который был сделан подрядчиком, был безуспешным и оставил грунт в коварном состоянии. Понижать тоннель было нецелесообразно, так как отнюдь не было уверенности, что таким образом можно избежать слоя гравия; и, более того, необходимо было бы снова подниматься дальше, и таким образом оставить ловушку, которая эффективно отрезала бы путь к отступлению тем, кто работает в забое, если вода снова прорвется в тоннель.

В конечном итоге было решено, что следует попробовать старый план отклонения линии к северу и вверх, чтобы пройти над подземным потоком. Поэтому в 1433 футах от берега в обделке тоннеля было прорезано отверстие, и работа была начата на обходе с отклонением 20° к северу и восходящим уклоном 10%. На этой новой линии был достигнут неплохой прогресс, постепенно поднимаясь в твердую скалу, до 10 мая, когда контрольное бурение, которое постоянно велось во всех направлениях от забоя, показало, что приближается песок. Поэтому в качестве меры предосторожности в кладку была встроена кирпичная перемычка на случай, если вода встретится в больших количествах. Поскольку бурение, по-видимому, указывало на то, что верхняя поверхность скалы, подстилающей песок, была почти горизонтальной, сначала была пройдена нижняя половина тоннеля, оставив около 18 дюймов скалы в качестве свода (эскиз а, рис. 123), и был построен кирпичный обратный свод на расстоянии 52 футов. Затем скальный свод был осторожно пробит небольшими участками за раз, и вперед в песок, который оказался очень мелким плывуном, проходящим через малейшие отверстия, была забита короткая забирка. В этой работе требовалась крайняя осторожность, но мало-помалу кирпичная кладка продвигалась вперед, пока на расстоянии 90 футов от точки, где впервые встретился песок, и 208 футов от старого тоннеля, песок не прекратился и забой не вошел в твердую глину.

Вся эта работа была проделана на восходящем уклоне, и подъем был продолжен еще примерно на 40 футов в глине. К этому времени была набрана достаточная высота, чтобы пройти над подземным потоком, и линия тоннеля была изменена, чтобы направиться к озерной шахте, а уклон уменьшен до горизонтального. Подземный поток был пройден без проблем, и тоннель продолжался на расстояние 54 футов без трудностей. 10 июля глина в забое внезапно размякла, и прежде чем горняки смогли закрепить ее распорками, хлынула вода, за которой последовал гравий, плотно заполнив около 34 футов тоннеля, прежде чем его остановила наспех построенная деревянная перемычка.

Продольный разрез, показывающий метод строительства в скале, покрытой плывуном.

Эскиз «а».

Разрез A-B-C-D.

Эскиз «с».

Продольный разрез тоннеля.

Эскиз «b».

Поперечный разрез, показывающий способ строительства обделки вокруг валуна.

Эскиз «d».

Рис. 123. Эскиз, показывающий методы обделки, тоннель водопровода Милуоки.

Увеличенная иллюстрация

При осмотре дна озера прямо над концом тоннеля была обнаружена полость глубиной более 60 футов и диаметром 10 футов, которая была вызвана прорывом гравия в тоннель. Достигнув теперь отметки, где можно было использовать сжатый воздух, было решено установить двойные шлюзы и использовать метод сжатого воздуха (plenum process). Шлюзы были построены, и около 670 кубических ярдов глины было высыпано в яму на дне озера. 4 августа шлюзы были испытаны под давлением воздуха 26 фунтов; но при временном сбросе давления вода прошла вокруг шлюзов и за обделку тоннеля на некоторое расстояние и даже прорвалась через обделку, увлекая с собой значительное количество глины и мелкого песка. При промере дна озера было обнаружено, что полость снова увеличилась до глубины 65 футов, после чего в нее было высыпано еще 600 кубических ярдов глины.

Из-за просачивания воды через кирпичную кладку единственным сухим местом, чтобы прорезать кирпичную кладку и встроить шлюз, было место непосредственно перед кирпичной перемычкой. Этот шлюз был завершен 27 августа, и, чтобы избежать опасности прямого соединения с озером в конце выработки, было решено сделать еще один обход к северу. Поэтому 28 августа кирпич на северной стороне тоннеля в 12 футах от конца кирпичной кладки был прорезан под давлением воздуха 25 фунтов, и работа продолжилась в хорошей, твердой глине. Оригинальный шлюз был вырезан, а новый шлюз встроен в эту глину примерно в 34 футах от последнего обхода, чтобы использовать его в случае дальнейших трудностей. После строительства тоннеля на расстоянии около 80 футов от обхода промеры снова указали на приближение гравия и воды, и 14 октября вода прорвалась снизу в таком объеме и с такой силой, что люди выбежали, закрывая в спешке каждый шлюз и клапаны каждого дренажа, пока не достигли кирпичной перемычки. С большим трудом часть тоннеля до последнего шлюза была восстановлена и очищена.

Теперь стало ясно, что для удержания этой воды потребуется давление воздуха от 38 до 40 фунтов, и, соответственно, к установке был добавлен еще один компрессор. При давлении 36 фунтов вода была вытеснена, и работа снова началась. В это время также дополнительные 350 кубических ярдов глины были высыпаны в яму на дне озера. Всего в эту яму было помещено 1620 кубических ярдов глины.

Теперь встретились рыхлый гравий и валуны, некоторые огромного размера, и работа стала чрезвычайно сложной из-за большого выхода воздуха. Промежутки между гравием и валунами не были заполнены илом или песком, а содержали воду. Более того, этот материал простирался вверх до дна озера, что было показано выходом воздуха на поверхности озера. На площади в несколько сотен квадратных футов поверхность воды напоминала котел с кипящей водой. Временами воздух выходил очень быстро; а иногда показывалось лишь несколько пузырьков.

Едва ли стоит упоминать, что работы в этом гравии продвигались очень медленно. Невозможно было использовать взрывные работы или извлекать крупные валуны целиком, так как при этом обнажалась бы слишком большая поверхность, что привело бы к прорыву воды, несмотря на давление воздуха. Порядок действий заключался в проходке верхнего уступа, возведении кирпичного свода, а затем в разработке нижнего уступа и устройстве обратного свода. На рис. 123 представлен ряд эскизов, показывающих, как выполнялись работы. Проходился небольшой участок верхнего уступа, при этом верхняя часть и забой нижнего уступа обмазывались глиной (эскизы b и c, рис. 123) для уменьшения утечки воздуха, после чего возводился свод, опирающийся на боковые лежни, лежащие на нижнем уступе. Свод постепенно продвигался вперед, пока не был завершен небольшой участок, затем забой обмазывался глиной, нижний уступ постепенно выбирался и возводился обратный свод. Весь гравий, за исключением той небольшой зоны, где непосредственно велись работы, тщательно обмазывался глиной; а поскольку воздух очень быстро просачивался через готовую кирпичную кладку, часть обратного свода заливали водой (см. эскиз c, рис. 123), чтобы уменьшить площадь утечки.

Когда встречался крупный валун, лежащий частично внутри, а частично снаружи сечения тоннеля, обделку возводили вокруг него, как показано на эскизе d, рис. 123. Затем валун разбивали и извлекали. На всем протяжении этого гравийного слоя поперечное сечение обделки получалось неровным из-за устройства таких карманов для обхода валунов. Иногда они находились с одной стороны, иногда с другой, или с обеих, либо сверху или снизу. Фактически, никакой регулярности не было. Несмотря на риск и опасность этих работ, прогресс был постоянным, хотя иногда он составлял всего 4 фута готового тоннеля в неделю при работе день и ночь; и, если не считать нескольких случаев кессонной болезни, единственным происшествием стал пожар, который возник в деревянной опалубке за обделкой и доставил некоторые неприятности. Из гравия тоннель перешел в глину и плывун, а затем в твердую сухую глину, подобную той, что была встречена у берега. С плывуном возникли некоторые трудности, но они были успешно преодолены; и когда была достигнута твердая глина, проблемы, по крайней мере в части работ от берегового ствола, были практически решены.

Тем временем инженеры и подрядчики столкнулись с иными трудностями при проходке озерного ствола и проходке забоя в сторону берега. Этот ствол предполагалось построить путем погружения чугунного цилиндра диаметром 10 футов, состоящего из соединенных болтами секций. Работы начались 5 июля 1892 года, и погружение осуществлялось сначала путем пригрузки цилиндра, а затем путем откачки песка и воды из него до тех пор, пока давление снаружи не прорывалось под режущую кромку и не вталкивало песок в цилиндр, позволяя ему немного опуститься. Каждый раз в цилиндр попадало от 10 до 30 кубических ярдов песка, и в конце концов возникли опасения, что если процесс продолжится, то ранее установленная ряжевая конструкция будет подмыта. Поэтому 6 сентября подрядчикам было приказано прекратить этот метод работы. Однако никаких изменений не происходило до 1 октября, когда цилиндр достиг глубины 68 футов, и к этому времени под ряжем образовалась довольно большая полость. Ее засыпали, из цилиндра откачали воду и начали разработку грунта внутри него. 11 октября под режущей кромкой был уложен ряд кирпичной кладки толщиной 2,5 фута; но при попытке уложить еще один ряд под первым, два дня спустя, песок и вода прорвались через дно, выгнав рабочих и заполнив цилиндр песком на глубину 16 футов. Насосы были запущены, но уровень воды не удалось понизить более чем до 60 футов.

По просьбе подрядчиков городской инженер распорядился произвести бурение в центре ствола, чтобы определить характер грунта, который предстояло пройти дальше. Бурение показало, что на глубине 26 футов будет песок, смешанный с суглинком и гравием, затем последует 15 футов красной глины и, наконец, слой твердой глины, подобной той, что была пройдена со стороны берегового участка тоннеля. Примерно в середине декабря подрядчики предприняли еще одну попытку откачать воду из ствола, но, обнаружив, что вода поступает со скоростью 25 галлонов в минуту, отказались от этой затеи. Во второй половине февраля начались приготовления к установке шлюза в стволе и использованию сжатого воздуха. Едва работы по этой системе были начаты, как 20 апреля 1893 года сильнейший восточный шторм снес с верха ряжа все постройки и оборудование, погубив 14 из 15 работавших там людей.