100 великих чудес техники - Сергей Мусский

Создатели «Трансрапида» удивили простой и в то же время неожиданной схемой магнитной подвески. Немецкие конструкторы нашли парадоксальное решение: они использовали не отталкивание одноименных полюсов, а притягивание разноименных. Подвесить груз над магнитом несложно, и эта система будет устойчива. Разместить же груз под магнитом практически невозможно. Ситуация в корне меняется, если использовать управляемый электромагнит. Бдительная система контроля сохраняет величину зазора между магнитами постоянной – в несколько миллиметров. Стоит зазору измениться, и система оперативно реагирует. При увеличении зазора она повышает силу тока в несущих магнитах и таким образом «подтягивает» вагон, а при уменьшении – понижает силу тока, и зазор увеличивается.

Надо отметить серьезные преимущества схемы. Путевые магнитные элементы защищены от погодных воздействий, к тому же их поле существенно слабее за счет на порядок меньшего зазора между путем и составом. Значит, требуются токи гораздо меньшей силы. В итоге поезд такой конструкции оказывается гораздо более экономичным.

Несущие магниты питаются от бортовых аккумуляторов, подзаряжающихся на каждой станции. Ток на линейный электродвигатель подается только на том участке, по которому идет поезд.

Но при всех успехах Германии самые быстрые поезда ходят, вернее летают, в Японии. Их иногда называют «маглевами» (от сокращения и слияния двух слов – magnetic levitation) Эти поезда, не касающиеся рельсов, по-прежнему являются одним из самых эффективных видов наземного общественного транспорта в Японии. Абсолютный рекорд, установленный «маглевом», – 531 километр в час для поезда, управляемого вручную, и 550 километров в час для поезда, ведомого автопилотом. Все испытания поездов на магнитной подушке проводятся на специальной трассе, построчной в префектуре Яманаси в 1997 году.

Метрополитен

Первая подземная дорога появилась в Лондоне. Ее открытие состоялось 10 января 1863 года. Длина линии достигала всего 6 километров, а объем перевозок за день составлял лишь 26000 человек. Пассажирский поезд вел локомотив, работающий на паре. От сжигания угольного топлива образовывалось много дыма и сажи. При прохождении тоннеля двери вагона должны были быть закрытыми, о чем напоминало объявление: «Проезд тоннелем в открытом вагоне смертельно опасен». Так было до 1906 года, когда участок подземки электрифицировали.

После лондонского опыта метростроительство получило развитие в других американских и европейских городах. В 1868 году была построена первая линия в Нью-Йорке, затем в Чикаго, Бостоне, в 1896 году появилось метро в Будапеште и Глазго. В Париже первая линия метро стала действовать в 1900 году.

Попытки создания метрополитена в Москве относятся к началу XX века. В 1902 году Московская городская дума в присутствии репортеров газет заслушала сообщение инженера Балинского о «Постройке внеуличной железной дороги в Москве», в котором автор проекта изложил преимущество нового вида транспорта – метрополитена и доходность мероприятия для вкладчиков средств в создание «внеуличной железной дороги». Решение думы было кратким: «Господину Балинскому в его домогательствах отказать». Так была похоронена инженерная идея, воплотиться в жизнь которой было суждено лишь при Советской власти.

Развитию отечественного метростроительства положил начало Московский метрополитен, первые линии которого вступили в строй в 1935 году. Первые линии Кировско-Фрунзенская от станции «Сокольники» до станции «ЦПКиО имени Горького» и «Арбатская» от «Охотного ряда» до «Смоленской» имели общую протяженность только 11,4 километра и 13 станций. Линии метрополитена строятся трех типов: глубокого, мелкого заложения и наземного, что соответствует способам их прокладки – закрытому (тоннельному) и открытому. Каждый способ прокладки линии имеет свою технологию.

Строительство метрополитена закрытым способом ведется на участках со сложной градостроительной ситуацией, когда на трассе будущей линии находятся плотная ценная застройка, крупные инженерные сооружения. На свободных территориях в периферийных осваиваемых зонах города линии метрополитена строятся чаще мелкого заложения или открытым способом. Примером последних могут служить Филевская линия в Москве и Дарницкая в Киеве.

Стоимость строительства метрополитена открытым способом значительно ниже, чем закрытым, что во многом объясняется различной технологией работ. При открытом способе котлованы для тоннелей роют непосредственно с поверхности земли. При закрытом – первоначально необходимо пройти вертикальную выработку грунта на глубину заложения будущего тоннеля, то есть соорудить шахтный ствол.

Для проходки стволов применяются специальные бурильные установки. Первые полностью автоматизированные шахтные бурильные установки стала выпускать японская фирма «Тоё когё» в 1970-е годы. Система автоматического управления таких установок позволяет проводить весь цикл обуривания забоя без участия человека по программе, подготовленной заранее и введенной в ее компьютер в виде перфоленты. Это напоминает операцию на станках с числовым программным управлением. Объем памяти компьютера достаточно велик, что позволяет вводить в нее программы с множеством данных. Переход от одного режима работы к другому осуществляется нажатием кнопки на пульте управления установки.

Для проходки тоннелей метрополитена используется чаще всего щитовой метод. Применение проходческого щита, представляющего собой горизонтальный стальной цилиндр, по контуру которого укреплены домкраты, позволяет избежать осадки расположенных на поверхности строений при выемке грунта из тоннеля. Внутри такого щита строится обделка тоннеля, то есть его покрытие, постоянная крепь. Она выполняется либо из сборных чугунных элементов (тюбингов), применяемых в водоносных грунтах, либо из железобетонных – для сухих грунтов. Элементы обделки имеют вид колец различного диаметра: для станций метро – 8,5 метра, для перегонных тоннелей между станциями – 5,5 метра.

Иногда обделку тоннелей устраивают из монолитного бетона, используя для этого специальные бетононасосы. Редкое в практике сооружение такой обделки объясняется необходимостью сушки в течение продолжительного времени до полного твердения бетона. Щитовые методы – экологически чистый способ возведения метро. Поэтому продолжается совершенствование применяемого для проходки оборудования – повышение надежности экскаваторных щитов, использование агрегатов роторного типа и оборудования со скользящей опалубкой, модульного щитового оборудования и средств автоматического управления.

Тоннельные сооружения, предназначенные для длительной эксплуатации, подвергаются воздействию грунтовых вод, способных вызвать коррозию металлических конструкций. Коррозия опасна еще тем, что вызывает в тоннелях при движении электропоездов блуждающие токи, усиливающие начавшийся процесс разрушения. Поэтому метростроители уделяют серьезное внимание совершенствованию технологии сооружения тоннелей и повышению гидроизоляционных качеств обделочных материалов – бетона и др. Устранению излишней влажности воздуха в тоннелях и на станциях служит также усиленная искусственная вентиляция.

При строительстве станций, наиболее сложных сооружений метрополитена, выполняется наибольший объем работ, требующий участия многих специалистов – от монтажников, электриков до архитекторов, дизайнеров. Особенно трудоемки отделочные работы, требующие не только мастерства строителей, но и использования разнообразных природных и искусственных материалов, в частности, улучшающих качество гидроизоляции, особенно на линиях, сооружаемых открытым способом.

Московским метростроителям впервые удалось применить полимерные материалы – потолок станции «Чеховская». На отечественных метрополитенах разработаны и внедряются современные машины и механизмы для выполнения ремонтных и профилактических работ по содержанию путевого хозяйства, электромеханических устройств, действуют поточные линии, диагностические комплексы для ремонта подвижного состава и др. Широко внедряется автоматизация производства: телемеханика для управления и контроля за эксплуатацией устройств электроснабжения, электромеханических установок и эскалаторов.

Современный метрополитен – сложный комплекс технических систем, работающих слаженно, четко и быстро. Днем поезда следуют через 3-5 минут. В час пик интервал в движении может сокращаться до минуты. У машиниста каждого состава есть график, в котором с точностью до секунды указано время прибытия на станцию и время отправления. График сверяют с интервальными и календарными часами. Интервальные часы показывают, не опаздывает ли предыдущий поезд, а календарные – вовремя ли следует данный состав.