Первые российские железнодорожные тоннели (статья)
В 1852—1862 гг. после Петербургско-Московской железной дороги в России была построена вторая магистраль — Петербург — Варшава протяжённостью 1112 км (1042 версты). Дорога прокладывалась в направлении Петербург — Гатчина — Луга — Псков — Остров — Двинск (Даугавпилс) — Вильно — Гродно — Белосток — Варшава и от Вильно через Ковно (Каунас) до границы с Пруссией. Она имела не только экономическое, но и важное стратегическое значение, так как соединяла прибалтийские порты с Полесьем и центром страны. Постройкой дороги руководил инженер — генерал Э. И. Герстнер (1798—1878); его помощником — главным инженером сооружения дороги по мостам — был выдающийся русский инженер и учёный С. В. Кербедз (1810—1899), автор первого в России чугунного (Благовещенско-Николаевского) моста через Неву в Петербурге.
Сооружение железной дороги начали за счёт средств казны, однако из-за острого дефицита капитала в государстве был проложен только участок до ст. Луга (43 км). С 1853 г., то есть с начала Крымской войны, строительство магистрали было приостановлено.
В 1857 г. указом императора Александра II было учреждено Главное общество российских железных дорог с привлечением иностранного капитала. Его штаб-квартира располагалась в Париже, а более половины служащих общества были иностранными специалистами. В том же году общество возобновило работы на линии и закончило их в 1862 г. с превышением сметной стоимости одной версты дороги на 20 % (фактическая стоимость 104 тыс.руб., плановая — 87 тыс.руб.).
На Петербургско-Варшавской железной дороге было возведено значительное количество сложных искусственных сооружений, в том числе мосты через крупные реки Буг, Нарова, Луга, Великая, Западная Двина, Неман и др. На мосту через Лугу со схемой 2×55,38 м С. В. Кербедз впервые в России применил металлические пролётные строения со сквозными (решётчатыми) фермами (в то время их называли фермами Тауна). Первый же такой мост пролётом 42,67 м был построен в 1845 г. на железнодорожной линии Дублин — Дрогеда в Ирландии.
Мосты через Великую и Западную Двину были запроектированы также С. В. Кербедзом (проекты были утверждены ещё Николаем I), однако реализованы они не были. Мосты через эти, а также другие водотоки возводили французы по своим проектам, хотя по техническим характеристикам, и главным образом по расходу металла на пролётные строения, отечественные предложения были значительно экономичнее.
Петербургско-Варшавская железная дорога — в основном однопутная и лишь на участке в 63 км уложено два пути (Петербург — Гатчина и Вильно Ландварово). Ширина колеи — 1524 мм, рельсы — стальные длиной 4,2 — 6 м, массой 30 — 35,9 кг/м. В путь уложены деревянные шпалы (1200 шт./км); толщина балластного слоя (песчаный, песчано-гравийный, щебёночный) — 30 — 50 см.
На территории современной Литвы было пройдено два тоннеля: Вильнюсский (у ст. Панеряй) длиной 427 м и Ковенский (Каунасский) протяжённостью 1278 м. Первый из них давно заменён обходом, засыпан и с исторической и инженерной точки зрения интереса уже не вызывает. История же Ковенского тоннеля такова.
При проведении изысканий на ветке Вильнюс — Прусская граница (лето 1857 г.) выявился объект, представляющий определённую сложность — переход через Неман (Нямунас) в его излучине. Были предложены два варианта перехода. Первый предусматривал построить высокий виадук длиной около 800 м и вырыть глубокую выемку на противоположном берегу реки, что требовало больших объёмов работ, но позволяло трассировать линию с допустимыми уклонами. По второму варианту объёмы земляных работ резко сокращались, но железная дорога у ст. Ковно удалялась от города на 3 км. Поэтому город предполагалось связать со станцией специальной соединительной веткой. Данный вариант перехода через Неман оказался значительно дешевле первого. Он и был принят к исполнению.
Весной 1858 г. начались строительные работы.
Однако возникли опредёленные неудобства для города Ковно и трудности в эксплуатации железной дороги. Тогда начальник II участка строительства дороги выпускник Института корпуса инженеров путей сообщения инженер — подполковник Г. Ф. Перрот (по архивным сведениям Перрот — 2-й) по собственной инициативе провёл новые изыскания перехода и предложил своё, более оптимальное решение проблемы, предусматривающее сооружение тоннеля, длина которого определилась равной 1278 м. Им же были разработаны проект тоннеля и методы производства работ.
После тщательного анализа технико-экономических показателей тоннельного варианта перехода предложение Перрота было утверждено ведомством путей сообщения, в решении которого было записано: «Департамент железных дорог обще с генерал-майором Кербедзом и полковником Журавским по рассмотрении представленных проектов туннелей Ковенского и Панарского полагал бы проекты сии утвердить с тем, чтобы размеры сводов и стен при производстве работ были соображены с качеством грунта… и чтобы стены туннелей в основании были соединены обратными стенками». Уже выполненные работы на подходах к Неману использовались и при реализации проекта Перрота.
Тоннели на Петербургско-Варшавской железной дороге были первыми в России, и какой-либо опыт сооружения таких объектов в стране отсутствовал. Главное общество российских железных дорог поручило руководить работами по прокладке обоих тоннелей их автору — Г. Ф. Перроту. Он был сторонником высокого качества строительных работ и категорически возражал против привлечения иностранных специалистов. В составленном им руководстве «Необходимые меры для обеспечения хорошей постройки Ковенского туннеля» Перрот подчёркивал: «Нет сомнения, что тогда только можно будет иметь уверенность в хорошем производстве работ, когда ими будет заведовать русский инженер, на котором остаётся ответственность и по окончании работ».
Поперечное сечение Ковенского тоннеля соответствовало заданному управлением Главного общества (рис. 1). Тоннель строился под два пути с кирпичной обделкой толщиной в 3 кирпича в пятах и 2,5 в замке и точках перелома профиля. По предложению С. В. Кербедза в механической лаборатории Института инженеров путей сообщения, основанной в 1854 г., под руководством проф. П. И. Собко были проведены испытания кирпича на прочность, которые подтвердили высокое качество этого древнего строительною материала. Был открыт кирпичный завод, вырабатывающий продукцию из местных глин. В кладки стен заложили металлические дренажные трубы для стока грунтовых вод и устроили ниши для укрытия обслуживающего персонала при проходе поездов. Пустоты между кирпичной кладкой и грунтом заполнялись камнем или кирпичным боем.
В плане на расстоянии 816,9 м от Вильнюсского портала тоннель расположен на прямой линии, а затем на длине 461,1 м на кривой R = 958,5 м. Уклон в сторону Ковно составляет 0,0015. Высота тоннеля от верха замка до поверхности земли — 28 — 35 м (по оси тоннеля).
Составленный Г. Ф. Перротом проект производства работ позволил вести проходку тоннеля ускоренными темпами. Им была принята так называемая франко-бельгийская система работ, при которой первоначально сооружали свод, а затем под него подводили стены. Этот метод принципиально отличался от применявшейся в то время немецкой системы, при которой прежде выкладывали стены и уже потом на них опирали свод. Таким образом, Перрот доказал, что принятый им способ имеет значительное преимущество как по срокам сооружения, так и стоимости работ.
Прокладку тоннеля начали с проходки малой верхней галереи (штольни) и рытья колодцев (шахт) на глубину до его основания. Четыре основных из них располагались на расстоянии 170,4 м один от другого. Крайний колодец со стороны ст. Вильно был устроен в 383,4 м от портала, пятый, вспомогательный, — в 96 м от Ковенского портала. Таким образом, проходка велась на 6 участках, на двух из которых она производилась со стороны порталов, а на четырёх (с основных колодцев) по двум противоположным направлениям (рис. 2). В целях безопасности проведения работ четыре колодца находились на расстоянии 9,6 м от оси тоннеля, а пятый — по его оси. Колодцы соединялись со штольней поперечными галереями. По поверхности тоннельного перехода уложили временный железнодорожный путь нормальной колеи. По нему подвозили на стройку поступающие по Неману материалы и частично транспортировали грунт.
Для сооружения верхней штольни вначале прошли малую галерею, которая затем переустраивалась в большую. Когда с Вильнюсской стороны она была построена на 65 м, начали разработку грунта калотты для кладки свода, которую вели участками длиной 4,2 м с такими же промежутками. В них осуществляли кладку свода после того, как на двух примыкающих участках (полосах) он был уже устроен. По окончании сооружения свода возводили стены тоннеля. Для этой цели в грунте разрабатывали колодцы и также заполняли их кирпичной кладкой (в шахматном порядке по обеим стенам тонне¬я). Затем удаляли грунт.
В зарубежной практике тоннелестроения того времени толщину свода устанавливали эмпирически по аналогии с уже построенными в подобных условиях тоннелями (одинаковые габариты, идентичные геологические условия и т. д.). Толщина обделки изменялась лишь по длине сооружения в зависимости от свойств грунтов. Такой метод выбора параметров в ряде случаев, в силу своей неопределённости, приводил к осложнениям при проходческих работах, неоправданно большим запасам или недостаточной прочности тоннельной обделки.
В Ковенском тоннеле Г. Ф. Перрот в результате постоянных наблюдений за поведением крепи в различных породах пришёл к убеждению, что размеры обделки должны определяться исходя из величины горного давления проходимой породы. Свои убеждения Перрот обосновал статическими расчётами и разработал метод исчисления нагрузок на сооружение от горного давления. Для Ковенского тоннеля, в частности, было предложено девять типов обделки с переменной толщиной свода и стен. Таким образом, русский инженер путей сообщения впервые в практике тоннелестроения принял переменную толщину обделки с оптимальными размерами, что значительно снизило стоимость и сократило сроки сооружения тоннелей. Концепция Перрота в расчётах обделок сохранилась и до настоящего времени.
… Ковенский железнодорожный тоннель — первое в России сооружение подобного типа. Поэтому в стране не было специалистов по горнопроходческому делу и основные работы производили немецкие и частично французские минёры (так назывались рабочие-проходчики, хотя взрывные процессы в тоннеле из-за отсутствия скальных грунтов не велись). Для неквалифицированных операций (откатка грунта, подача и погрузка материалов, устройство путей и т. д.) использовались русские чернорабочие.
Работы шли круглосуточно, в три смены по 8 часов. Платили минёрам по одному рублю за смену. Грунт перевозили в отвал на вагончиках по узкоколейным путям, а из колодцев поднимали паровыми машинами (их же применяли и для водоотлива). Из пятого колодца породу извлекали воротом, в ушатах. В штольнях вагончики толкали люди, на поверхности — отвозили лошадьми.
При сооружении тоннеля преобладал тяжёлый ручной труд. И всё же темпы работ на Ковенском железнодорожном тоннеле были сравнительно высокими, если учесть к тому же, что это был первый в стране железнодорожный тоннель. Так, проходка верхней штольни была начата в мае 1859 г. и закончена в январе 1860 г.; среднемесячная скорость сооружения направляющей штольни составила 160 пог.м.
В ноябре 1861 г. тоннель был открыт для рабочего движения поездов, а в мае 1862 г. — сдан в постоянную эксплуатацию. Таким образом, Ковенский двухпутный железнодорожный тоннель — первенец отечественного тоннелестроения — протяжённостью 1278 м был построен за три года русскими инженерами с высоким качеством работ. Он безупречно служил железнодорожному транспорту до 1941 г. В первый же день Великой Отечественной войны тоннель был взорван нашими отступающими войсками. В июле 1944 г. его основательно разрушили немцы при отступлении: взорвали припортальные участки и в четырёх местах в самом тоннеле. Всего лишь за один месяц советские войска капитально восстановили тоннель, выполнив при этом 55 тыс. м³ земляных работ и 1200 м³ бетонной кладки.
В настоящее время тоннель входит в комплекс сооружений Литовской железной дороги.
И. ВЫПОВ, кандидат технических наук
Источник
- «Первые российские железнодорожные тоннели», журнал «Метро», № 1, 1996