Що спільного між корабельними червами та тунелем метро?

Перша у світі гілка метро відкрилася в Лондоні 1863 року (ми озвучили відео про будівництво). Будівництво метрополітену було зумовлене промисловою революцією та стрімким розвитком залізничних сполучень у першій половині ХІХ століття. Двохмільйонний Лондон потерпав від транспортного колапсу, тому місцева влада вирішила почати будівництво підземної залізниці «Метрополітен рейлуей».

У лютому 1860 року будівельники почали копати першу лінію траншейним способом. Ця технологія виглядала так: викопували рів глибиною 10 метрів, а на дні прокладали залізничні колії. Потім над ними зводили цегляні аркові укріплення, які засипали землею. Так постав перший в світі відрізок метро довжиною шість кілометрів.

Крім того, на шляху тунелів ущент зносили будівлі та пам’ятки архітектури. Але, попри всі нарікання, мешканці йшли на такі жертви.

І недарма. До кінця ХІХ століття мережа лондонського метрополітену об’єднувала всі залізничні вокзали і розвивалася не лише у всьому місті, але й за його межами. Перші потяги рухалися на паровій тязі, тому станції метро часто були задимлені. Через погану вентиляцію людям дихалося важко. Та, попри це, метрополітен не втрачав популярності, адже був найшвидшим міським видом транспорту. Пасажири струшували сажу зі своїх щасливих облич і тішилися відсутністю пробок. А вже 1890 року лондонське метро одним із перших у світі стало використовувати потяги на електротязі.

Тунелі глибокого закладення

Глибші лінії тунелів почали будуватися вже після значних досягнень у використанні прохідницьких щитів. Ця технологія дозволила закладати тунелі навіть під іншими тунелями, не завдавала шкоди інфраструктурі міста й була значно дешевшою. Винахідником прохідницького щита був англійський інженер Марк Брюнель; завдяки йому ще 1943 року було прокладено перший у світі тунель під річкою Темза.

Брюнель і його винахід

Історія винаходу прохідницького щита дуже цікава, бо заснована на спостереженнях за живою природою. Англійський інженер французького походження Марк Брюнель (1769-1849) ніс службу в морському флоті Франції, і спостерігав за корабельними червами (молюсками Teredo navalis), що свого часу завдавали морякам великих збитків.

Тоді він і помітив, як черв поступово проїдає собі тунель в зануреному у воду дереві, харчуючись деревиною і зміцнюючи стінки проходу шаром вапна. На основі цих спостережень винахідник згодом побудував прохідницький щит з аналогічним принципом роботи. Детальніше про це написав англійський популяризатор науки Джон Вуд у своїй книжці «Природа вчить».

Винахід Брюнеля вдосконалили і тепер ним активно користуються у всьому світі. Прохідницький щит або TBM (tunnel boring machine) прокладає тунелі не лише для поїздів метро та автомобілів, а ще й для каналізаційних колекторів та розробки корисних копалин.

TBM — це чавунна машина циліндричної форми, до ста метрів у довжину. За площею поперечного перетину вони бувають малі — до 10 м², середні — 10-16 м², та великі — понад 16 м². Корпус складається з ножової, опорної та хвостової частин.

Ножова частина — це диск із гострими різальними елементами. Опорна частина зміцнює всю конструкцію і містить робочий орган з приводом, гідродомкрати для переміщення, монтажний та конвеєрний пристрій. Хвостова частина забезпечує захист від обвалу ґрунту при монтажі бетонних блоків (так званих тюбінгів).

Ножовий диск обертається, зрізаючи по контуру породу, котра потрапляє в опорну частину і конвеєрною стрічкою транспортується крізь хвостову частину назовні. Монтажний пристрій одразу за щитом складає бетонні сегменти у кільця, гідродомкрат відштовхується від них і просуває машину вперед. В результаті прохідницький щит залишає по собі готовий тунель у формі труби.

Швидкість просування машини залежить від твердості породи. Зазвичай, це кілька метрів за добу при безперервній роботі. Обслуговують щит майже сорок осіб, персонал працює у дві зміни.

Вся ця історія з винаходом Брюнеля демонструє, що природа може багато чого нас навчити, і що несподівана спостережливість однієї людини може сприяти величезному розвитку технології.