Шедевр инженерной мысли: как устроен Сен-Готард — самый длинный скоростной ЖД-туннель в мире

«Нам пришлось разработать двери аварийного выхода таким образом, чтобы их мог открыть даже ребенок. Они должны сработать в ситуации отсутствия электричества, но, с другой стороны, была поставлена задача сделать их полностью непроницаемыми для огня и дыма. Кроме того, они обязаны выдерживать регулярные аэродинамические удары воздушных волн, возникающих от проносящихся на высокой скорости поездов. И кстати, при движении составов в туннелях увеличивается сопротивление воздуха, для преодоления которого требуется повышенный расход энергии на тягу поездов. И все эти проблемы нам пришлось решать практически одновременно», — рассказывает Петер Шустер из инженерной компании Ernst Basler + Partner.

Эти раздвижные двери, которые расположены в туннеле через каждые 325 метров, позволяют попасть к многочисленным специальным сбойкам (переходам) между двумя однопутными параллельными туннелями с внутренним диаметром 8,2 метра, из которых и состоит «базисный» Сен-Готтардский скоростной туннель. Такая конструкция была результатом продуманной проектной работы. Перед тем, как был принят окончательный вариант системы аварийной эвакуации пассажиров и персонала, было протестировано пять других опытных образцов и вариантов. «В итоге мы выбрали, может, и не самый красивый и дорогой, но безусловно уникальный вариант», — подчеркивает Петер Шустер.

История Швейцарии — это во многом именно история покорения перевала Сен-Готард, отделявшего центральные регионы будущей Конфедерации от экономически и культурно развитых регионов Северной Италии. Кроме того, это было место, где зарождались и развивались технологии горного строительства, столь важные для альпийской страны.

От первого сквозного маршрута через перевал, открытого в 1200 году, до нынешнего почти уже готового скоростного железнодорожного туннеля — целый исторический цикл, в ходе которого Швейцария не только обрела внутреннее единство, но и превратилась в важнейший европейский транспортный узел.

Трасса железнодорожного тоннеля Сен-Готард

Во время сооружения этого самого длинного (2x57 километров) железнодорожного туннеля в мире ничто не было предоставлено воле случая. «Инженеры кропотливо трудились даже над самыми, казалось бы, незначительными компонентами», — добавляет Шустер. Вместе с другими специалистами-строителями он проинформировал об особенностях этого проекта века в рамках «Дня СМИ» на базе «Швейцарской Ассоциации инженеров-консультантов и строителей» в городе Эрстфельд, что в кантоне Ури.

Одной из первых больших проблем стало определение маршрута прохождения туннеля. «Невозможно просто взять и провести прямую линию между северным и южным порталом туннеля», — разъясняет инженер Фабиана Хенке, также представляющая компанию Ernst Basler + Partner. «Нам пришлось учитывать различные критерии, например, географические и геологические, включая структуру горного массива. Было необходимо проложить еще и специальный технический туннель, по которому бы поступали материалы и оборудование для строительства основных туннелей.

Кроме того, нельзя было упустить из вида факторы, которые, на первый взгляд, не имеют никакого отношения к собственно строительству туннеля, например, то обстоятельство, что местами трасса проходит под важными плотинами и водохранилищами», — напоминает Фабиана Хенке. Наконец, нужно было принять принципиальное решение: будет ли туннель иметь двухпутную железнодорожную «трубу» и туннель безопасности, как в автодорожном Сен-Готтардском туннеле, или же лучше проложить три туннельные «трубы» так, как это сделано в туннеле между Францией и Англией под Ла-Маншем?

Выбрана была золотая середина и построен туннель, состоящий из двух однопутных параллельных туннелей. «Решающими были соображения безопасности, а также вопросы обслуживания и эксплуатации», — добавляет Петер Шустер. В итоге на трассе были разрешены максимальные уклоны 12,5 промилле и минимальные радиусы кривых в 4 тыс. метров. Это позволит пропускать с высокими скоростями такие пассажирские подвижные составы, как, например, французские поезда категории TGV или немецкие серии ICE.

В 1999 году, когда начались буровзрывные работы в рамках прокладки чернового варианта туннеля, никто не мог предвидеть в деталях, какими будут условия работы. Было известно, конечно, что рабочим и инженерам придется иметь дело с высокими температурами. Однако действительность превзошла все ожидания. Температура в туннеле достигала плюс 45 градусов по Цельсию, что было значительно выше 28 градусов, — предельного показателя, установленного в рамках швейцарской национальной системы страхования от несчастных случаев (IV). Необходимо было сделать что-то, чтобы изменить ситуацию, иначе рабочие просто остались бы без страховки, что в Швейцарии невозможно.

«Поэтому строительные площадки охлаждались по специально разработанной схеме свежим воздухом с поверхности», — раскрыл нам Петер Шустер один из секретов. После введения туннеля в эксплуатацию температура внутри «трубы» будет автоматически регулироваться при помощи воздуха, закачиваемого поездами в туннель при въезде. Но при этом необходимо было также учитывать такое явление, как перепад давления при входе поезда в туннель и выходе из него. Взрывообразная ударная волна, образующаяся при выходе поезда из туннеля, вполне может причинить вред близлежащим зданиям. Поэтому для ее смягчения было решено использовать особые ступенчатые конструкции обрамления порталов.

Еще одной проблемой для инженеров стала потенциальная угроза прорыва грунтовых вод. Долина Валь Пиора особенно славится непредсказуемыми гидрогеологическими условиями, поскольку здесь горы во многом состоят из чрезвычайно мягкой породы под названием доломит, по виду чем-то напоминающего кристаллы сахара. Пробные бурения скважин показали, что, по счастью, коварный доломит и трасса тоннеля нигде не пересекаются.

И тем не менее проблему подземных вод нужно было решить раз и на всегда. «Для этого нам пришлось прибегнуть к так называемому "методу зонтика"", — рассказывает Фабиана Хенке. Своды туннелей были герметизированы, а в нижней части расположились системы стока, приема, сбора и отвода вод под железнодорожным полотном к южному или северному порталам туннеля.

«Можно подумать, что все туннели похожи друг на друга», — говорит Давиде Мерлини, главный инженер компании Pini Swiss Engineers. Однако железнодорожный туннель «Сен-Готард» отличается от всех остальных подобных проектов в мире, в частности, туннельной логистикой и системами эксплуатационного обеспечения. В структуре сооружения предусмотрены, как уже упоминалось, два однопутных железнодорожных туннеля, но, кроме них, нужно было спроектировать и построить станцию аварийной остановки, туннель аварийного выхода, вентиляционный туннель, а также специальный вертикальный ствол аварийного выхода на поверхность.

Для создания всей этой гигантской инфраструктуры потребовалось на самой сложной фазе строительства одновременно задействовать до 700 человек. Еще одним вызовом для инженеров и рабочих стал... длительный период сооружения туннеля, который прошел на расстоянии 80 км к западу от другого важного Лёчбергского туннеля, составив вместе с ним проект NEAT («Новые Трансальпийские железные дороги»).

«То есть с начала до конца — от фазы проектирования до окончания этапа общего строительства — прошло более десяти лет», — продолжает Давиде Мерлини. «За такой длительный срок многое может измениться, поэтому многочисленные компоненты и элементы туннеля были заменены и модернизированы уже в период проходческих и монтажных работ, просто потому, что за это время технологические стандарты вышли на новый уровень, и нам нужно было им соответствовать».

Это подтвердил также и Роджер Видеркер из инженерного бюро Pöyry. Он и его фирма отвечают за установку и введение в эксплуатацию железнодорожных электроподстанций по трассе туннеля. В последнее десятилетие серьезно изменились и СНИПы (строительные нормы и правила). Например, вступил в силу закон о том, что теперь линии железнодорожных электропередач должны быть как бы «нарезаны» на участки протяженностью в пять километров.

«Это одна из мер безопасности, которая позволяет в случае пожара сохранить всю линию целиком в безопасности, кроме, разумеется, пострадавшего отрезка дистанции. В этом случае следующий впереди поезд сможет без проблем продолжить движение и покинуть туннель», — указывает Роджер Видеркер.

Базовый железнодорожный туннель «Сен-Готард» был официально открыт 1 июня 2016 года. О невероятных достижениях швейцарских инженеров заговорили по всей Европе. Многие страны готовы перенять швейцарский опыт и использовать его.

«Продвигать швейцарские инженерные знания в другие страны — это одна из важнейших целей таких масштабных проектов», — утверждает Давиде Мерлини. Инженеры, а также рабочие-проходчики, могут по праву гордиться, что им довелось принимать участие в этом уникальном строительном проекте.

Давиде Мерлини считает, «что такой масштабный проект, как возведение Сен-Готардского железнодорожного туннеля, безусловно, поможет и при реализации других проектов, позволив им обеспечивать наивысшие стандарты безопасности».

«Без талантливых и ответственных инженеров строительство туннеля было бы просто невозможно», — утверждает Хайнц Марти, президент «Швейцарской Ассоциации инженеров-консультантов и строителей» (Schweizerische Vereinigung Beratender Ingenieurunternehmungen).

Одновременно он указывает и на одну проблему, существующую на данный момент в Швейцарии, а именно, на серьезную нехватку квалифицированных инженерно-технических кадров. Причиной являются неудовлетворительные зарплатные перспективы.