Подземные технологии и архитектура

Облики будущего, видимые уже сейчас: небоскребы, космос сегодняшнего дня - МКС, межпланетные автоматические станции, исследования Солнечной системы.

Подземные технологии и архитектура

Postby future-dreamer » June 20th, 2015, 10:11 pm

Проект Crossrail: гигантские тоннели под Лондоном
Джон Экселл
BBC Future

http://www.bbc.com/russian/uk/2015/06/1 ... _crossrail

Image

Огромные машины, бурящие тоннели для нового лондонского железнодорожного проекта Crossrail, приближаются к концу своего пути. Корреспондент BBC Future прокатился на одной из них.
Подземный Лондон напичкан тоннелями, стоками канализации, фундаментами старых зданий, электрическими кабелями и заброшенными станциями метро. Эта среда радует археологов и вызывает нервный тик у инженеров, перед которыми стоит задача что-то построить под британской столицей.
Тем более удивителен тот факт, что специалисты сумели проложить здесь 42 километра новых тоннелей для одного из самых крупных инженерных начинаний в мире: железнодорожного проекта Crossrail.
Под Лондоном уже несколько лет терпеливо прокладывают себе путь гигантские тоннелепроходческие комплексы (ТПК, а в просторечии - щиты). Эти монструозные агрегаты вышли на старт в мае 2012 года, и теперь, более трех лет спустя, прокладка тоннелей почти закончена. Под улицами восточного Лондона два последних гигантских щита, носящих имена "Виктория" и "Элизабет", неумолимо приближаются к финальной отметке. Всего же в процессе сооружения тоннелей участвовали восемь таких устройств.

Image

Незадолго до окончания прокладки я побывал на щите "Элизабет", который в тот момент находился на глубине 40 метров и примерно на полпути между станцией Ливерпуль-стрит и конечной точкой в районе Фаррингдон, чтобы своими глазами увидеть, как работает этот гигантский аппарат.
Размер тоннелепроходческого комплекса гораздо лучше ощущается на поверхности земли: его гигантские резцы и величественные масштабы сразу напоминают о механических монстрах из научно-фантастических фильмов.
В чреве великана
А под землей даже не сразу понятно, где заканчивается тоннель и начинается машина. После продолжительного путешествия по лестницам и лифтам, после то и дело прерывающейся остановками поездки на тесной и дребезжащей дрезине по путям, где пойдут поезда Crossrail, руководитель объекта Дэвид Шеперд из строительной корпорации Bechtel вдруг неожиданно объявляет, что мы прибыли на место.
Этот тоннелепроходческий комплекс - замечательный и уникальный механизм. Он был специально построен для Crossrail германской фирмой Herrenknecht, одним из немногих в мире производителей такого оборудования. Стоит он около 10 млн фунтов, весит под тысячу тонн, имеет диаметр 7,1 метра, а его длина от резцов до конца хвостовой части составляет 150 метров.
ТПК "Элизабет", принятый в эксплуатацию в ноябре 2012 года, - это проходческий щит с компенсацией давления горных пород, такие машины применялись при прокладке большинства тоннелей Crossrail. Эта технология, разработанная в Японии в 1970-х годах, предполагает прессование выработанной породы под давлением, соответствующим давлению окружающей почвы и грунтовых вод. За счет этого снижается риск обрушения тоннеля.

Image

За этим давлением постоянно следит оператор ТПК. Он может регулировать его путем изменения скорости движения машины и скорости шнекового конвейера (похожего на рабочий элемент мясорубки), при помощи которого порода отводится от забоя. "Контролируя усилие, с которым движется щит, и одновременно скорость извлечения породы шнеком, мы можем поддерживать такое давление в забое, которое не позволяет тоннелю осыпаться", - поясняет Шеперд.
По мере продвижения машины сквозь грунт к ее носовой части по конвейеру переправляются готовые блоки из бетона, каждый из которых весит три тонны. Они поднимаются гигантскими захватами и укрепляются на стенках тоннеля, формируя его отделку. Каждый блок представляет собой сегмент длиной в 1,6 метра. Всего в тоннелях Crossrail таких блоков будет использовано четверть миллиона.
Когда кольцо завершено, к его стыкам под высоким давлением подается фиксирующий раствор. После этого щит движется дальше, упираясь в край этого последнего кольца гидравлическими домкратами.
Этот процесс продолжается круглосуточно и без выходных. 15 операторов работают 12-часовыми сменами и временами прерываются, чтобы освежиться или сходить в туалет, расположенный в самом ТПК (посмотреть на него нас не пустили).
По меркам отрасли машина движется с впечатляющей скоростью. Шеперд, успевший поработать на строительстве тоннеля под Ла-Маншем и на постройке второй очереди Юбилейной линии лондонского метро, говорит, что, как правило, за смену удается проложить около 16 метров тоннеля. Иногда получается сделать и гораздо больше. "Бывали и рекордные смены, когда мы укладывали более двух десятков колец за 12 часов, но это скорее исключение. Дело было на коротком участке, грунт был хорошим, на комплексе работала наша лучшая бригада, и парни старались", - говорит он.
Вперед помаленьку
Но при скорости в метр за час не возникает ощущения, что ты находишься в движущемся механизме. Об этом напоминает лишь непрекращающийся грохот ножей и монотонное движение маленьких колес, поддерживающих раму щита.

Image

Остановки ТПК пытаются свести к минимуму, но его резцы неизбежно изнашиваются, говорит Шеперд. Примерно после каждого километра приходится их осматривать и решать, требуется ли замена.
Обычно это делается под нормальным давлением, но иногда опасения насчет возможной просадки грунта вынуждают поддерживать в забое высокое давление. Тогда приходится прибегать к чрезвычайной процедуре.
По словам Шеперда, делать это было нужно всего несколько раз. В таких случаях механики входят в шлюз в носовой части ТПК, и давление постепенно повышается до тех пор, пока не совпадет с давлением в забое. Это примерно две атмосферы - такое же давление, как на глубине 10 метров под водой.
После краткого периода адаптации механики могут покинуть ТПК через небольшой люк в передней части щита и приступить к работе. Декомпрессия продолжается гораздо дольше: как и у водолазов, ее длительность зависит от количества времени, проведенного под давлением.
Маршрут движения щита выверен с необычайной тщательностью. Порода, через которую перемещается комплекс, подробно изучается и анализируется заранее. Сложная лазерная система навигации позволяет машине не отклоняться от трассы. После разговора с Шепердом остается впечатление, что у него нет ни малейшей тени сомнения в том, что два идущих навстречу друг другу участка тоннеля точно соединятся.
Но, по его словам, все равно остается довольно много переменных - к примеру, небольшие различия в плотности грунтов - которые проявляют себя лишь тогда, когда тоннель подходит к ним вплотную. Тогда в дело включается оператор, задача которого - удерживать отклонение ТПК от маршрута в пределах 50 миллиметров. "Бывает так, что на одной стороне грунт плотнее, и тогда машину начинает поворачивать. А если твердый грунт снизу, то она стремится подняться вверх. Тогда оператору приходится рулить", - поясняет Шеперд.

Image

Для этого он регулирует давление в домкратах, которые толкают ТПК вперед. Эти домкраты расположены по окружности щита, и каждым из них можно управлять индивидуально, слегка меняя направление движения.
Точно следуя намеченной трассе и внимательно следя за балансом давления в машине и в окружающей ее породе, оператор сводит к минимуму перемещение и осыпание грунтов в тоннеле - такое осыпание может повредить расположенные поблизости другие тоннели и инфраструктуру.
За тем, чтобы прокладка не привела к возникновению разного рода осложнений, следит не только оператор щита. Для стабилизации грунта широко применяется метод инъекционного укрепления. Чтобы его осуществить, в земле выкапываются вертикальные шахты 10-20 метров глубиной и пяти метров в диаметре. Из этих шахт специалисты впрыскивают в грунт под высоким давлением укрепляющий состав.
Состав подается по узким горизонтальным трубам, расходящимся от главной шахты в стороны. Длина этих труб может достигать 80 метров.
Вертикальные шахты не достигают уровня тоннелей. При их выкапывании был сделан ряд удивительных и порой мрачных находок, в том числе захоронение жертв чумы в районе Фаррингдон, датируемое XIV веком.
На борту щита "Элизабет" легко забываешь о том, что где-то над головой живет своей жизнью огромный город. Сам город, впрочем, тоже не очень часто вспоминает о проекте: лондонцы уже как-то свыклись с расположенными на поверхности строительными площадками.
Бригаде ТПК, однако, расслабляться нельзя: нужно заканчивать тоннель, и свет в его конце уже вот-вот станет виден.
Три года работы, четверть миллиона отделочных бетонных блоков и такая большая гора выбранной породы, что из нее можно соорудить новый остров. Тоннели Crossrail почти закончены - осталось только проложить рельсы.
Джон Эксел - редактор журнала The Engineer. У проекта Crossrail есть свой канал на Youtube, где появляются видео с места строительства.
Вперед, к звездам!
User avatar
future-dreamer
Lieutenant
Lieutenant
 
Posts: 326
Joined: September 29th, 2012, 6:05 pm
Location: Россия

Re: Подземные технологии и архитектура

Postby future-dreamer » December 4th, 2015, 9:08 am

Ученые попытаются пробурить земную кору

http://lenta.ru/news/2015/12/03/drill/

Image

В начале декабря в Индийском океане ученые попытаются пробурить земную кору (несколько километров) и добраться до мантии. Уже 60 лет геологи пытаются выполнить эту задачу, но пока никому не удавалось добиться успеха. О новом проекте сообщает Science Alert.

Буровое судно JOIDES Resolution выйдет в море из Шри-Ланки 5 декабря и отправится к отмели Атлантида (в юго-западной части Индийского океана). Там геологи попробуют пробурить кору на глубину полтора километра, собирая пробы грунта по ходу процесса. Если попытка увенчается успехом к 30 января, то руководитель проекта вернется к точке бурения на том же корабле и попробует проникнуть в недра Земли уже на три километра. На третьем этапе геологи пересядут на более мощное буровое судно (японское Chikyu) и попытаются пробуриться уже на шесть километров.

Обычно границу мантии и коры маркирует так называемая поверхность Мохоровичича — зона, где резко усиливается скорость сейсмических волн. В океане расстояние до этой поверхности меньше, чем на суше, а на отмели Атлантида мантия, как предполагают ученые, поднимается даже выше границы Мохоровичича — на 2,5 километра. Кроме того, в районе отмели меньше пород коры, плохо поддающихся буровому инструменту.

Помимо приближения к земной мантии, в рамках проекта планируется решать и другие научные задачи. Геологи хотят узнать, как расплавленная порода формирует новую океаническую кору, поднимаясь из недр Земли. Также они выяснят, на какой глубине встречаются питающиеся метаном микроорганизмы.

Экспедиция стала второй серьезной попыткой дойти до границы Мохоровичича. Первую предпринял в 1960-е годы океанограф Уолтер Мунк (Walter Munk). Было выбрано место рядом с островом Гуадалупе с глубиной океана около 3,5 километра. Геологи пробурили пять пробных скважин с заглублением в дно до 180 метров, однако проект был закрыт Конгрессом США в связи с перерасходом средств.

В 1997 году Генри Дик (Henry Dick), руководитель нынешней экспедиции, также пытался бурить на отмели Атлантида, но через некоторое время бурильная труба сломалась от сильного ветра и заблокировала отверстие.
Вперед, к звездам!
User avatar
future-dreamer
Lieutenant
Lieutenant
 
Posts: 326
Joined: September 29th, 2012, 6:05 pm
Location: Россия

Re: Подземные технологии и архитектура

Postby future-dreamer » April 7th, 2016, 1:59 pm

Земля под нами Какие тайны скрывает Кольская сверхглубокая скважина

http://lenta.ru/articles/2016/04/04/geo/

Image

Image

Image

Image

Image

На днях геохимики из России, а также Франции и Германии обнаружили на глубине 410-660 километров под поверхностью Земли океан архейского периода. Подобные открытия были бы невозможны без методов сверхглубинного бурения, разработанных и применявшихся в Советском Союзе. Один из артефактов тех времен — Кольская сверхглубокая скважина (СГ-3), которая даже через 24 года с момента прекращения бурения остается глубочайшей в мире. Зачем ее пробурили и какие открытия она помогла совершить, рассказывает «Лента.ру».

Пионерами сверхглубокого бурения выступили американцы. Правда, на просторах океана: в пилотном проекте они задействовали судно Glomar Challenger, сконструированное как раз для этих целей. Тем временем в Советском Союзе активно разрабатывали соответствующую теоретическую базу.

В мае 1970 года на севере Мурманской области в 10 километрах от города Заполярного началось бурение Кольской сверхглубокой скважины. Как и полагалось, это приурочили к столетию со дня рождения Ленина. В отличие от других сверхглубоких скважин, СГ-3 бурили исключительно для научных целей и даже организовали специальную геологоразведочную экспедицию.

Место бурения выбрали уникальное: именно на Балтийском щите в районе Кольского полуострова на поверхность выходят древние породы. Возраст многих из них достигает трех миллиардов лет (самой нашей планете — 4,5 миллиарда лет). Кроме того, тут Печенга-Имандра-Варзугский рифтогенный прогиб — вдавленная в древние породы чашеподобная структура, происхождение которой объясняют глубинным разломом.

Ученым понадобилось четыре года, чтобы пробурить скважину на глубину 7263 метра. Пока ничего необычного не делалось: применялась та же установка, что и при добыче нефти с газом. Потом скважина простояла без дела целый год: установку модифицировали для турбинного бурения. После апгрейда удавалось бурить примерно по 60 метров в месяц.

Глубина в семь километров преподнесла сюрпризы: чередование твердых и не очень плотных пород. Участились аварии, а в стволе скважины возникло множество каверн. Бурение продолжалось до 1983 года, когда глубина СГ-3 достигла 12 километров. После этого ученые собрали большую конференцию и рассказали о своих успехах.

Однако из-за неаккуратного обращения с буром в шахте осталась секция длиной пять километров. Несколько месяцев ее пытались достать, но не преуспели. Было принято решение вновь начать бурение с глубины семь километров. В силу сложности операции бурили не только основной ствол, но и четыре дополнительных. На то, чтобы восстановить утраченные метры, ушло целых шесть лет: в 1990-м скважина достигла глубины 12262 метра, став самой глубокой в мире.

Спустя два года бурение было остановлено, впоследствии скважину законсервировали, а фактически — забросили.

Тем не менее на Кольской сверхглубокой скважине совершили немало открытий. Инженеры создали целую систему сверхглубокого бурения. Сложность заключалась не только в глубине, но и в высоких температурах (вплоть до 200 градусов Цельсия) из-за интенсивности работы буров.

Ученые не просто продвигались вглубь Земли, но и поднимали образцы пород и керны для анализа. Кстати, именно они изучали лунный грунт и выяснили, что по составу он почти полностью соответствует породам, извлеченным из Кольской скважины с глубины около трех километров.

На глубине свыше девяти километров вышли на залежи полезных ископаемых, в том числе и золота: в оливиновом слое его целых 78 граммов на тонну. И это не так мало — добычу золота считают возможной при 34 граммах на тонну. Приятным сюрпризом для ученых, а также для близлежащего комбината, стало обнаружение нового рудного горизонта из медно-никелевых руд.

Помимо всего прочего, исследователи узнали, что граниты не переходят в суперпрочный базальтовый слой: на деле за ним располагались архейские гнейсы, которые традиционно относят к трещиноватым породам. Это произвело своего рода революцию в геолого-геофизической науке и полностью изменило традиционные представления о недрах Земли.

Еще один приятный сюрприз — открытие на глубине 9-12 километров высокопористых трещиноватых пород, насыщенных сильно минерализованными водами. По предположению ученых, именно они ответственны за образование руд, но прежде считалось, что это происходит лишь на гораздо меньших глубинах.

Помимо всего прочего, выяснилось, что температура недр немного выше, чем предполагалось: на глубине шести километров был получен температурный градиент в 20 градусов Цельсия на километр вместо 16 ожидавшихся. Было установлено радиогенное происхождение теплового потока, что также не согласовывалось с прежними гипотезами.

В глубинных слоях возрастом больше 2,8 миллиарда лет ученые нашли 14 видов окаменевших микроорганизмов. Это позволило сдвинуть время возникновения жизни на планете на полтора миллиарда лет назад. Также исследователи выяснили, что на глубинах нет осадочных пород и есть метан, навсегда похоронив теорию биологического происхождения углеводородов.
Вперед, к звездам!
User avatar
future-dreamer
Lieutenant
Lieutenant
 
Posts: 326
Joined: September 29th, 2012, 6:05 pm
Location: Россия


Return to Будущее уже наступило!

Who is online

Users browsing this forum: No registered users and 1 guest

cron