Записки строителя - Александр Комаровский

У меня, бывшего строителя канала Москва — Волга, сразу возникла мысль о возможности расположения этого ускорителя в непосредственной близости от Волжского гидроузла. Этот гидроузел имеет в своем составе гидроэлектростанцию вполне достаточной мощности, ток которой передавался в Московскую энергосистему, минуя местные промышленные или иные потребители. Проверка показала, что параметры тока гидростанции вполне устраивают ученых и подходят для задуманного синхроциклотрона, да и для последующих, даже более мощных установок того же назначения.

Но сам район, где предполагалось строить научный центр, вначале просто обескуражил нас. Он был почти полностью заболочен или в лучшем случае уровень стояния грунтовых вод был всего на 20—40 см ниже поверхности земли. Местное население называло этот участок змеиным островом. Действительно, были и змеи, был и остров. С севера — Волга, с востока — р. Дубна, на юге — р. Сестра, на западе — канал. По этому острову не только изыскателям, но и первым строителям приходилось передвигаться на лодках.

Геологоразведочные скважины показали, что грунты в этой зоне состоят из чистых неглинистых песков, подстилаемых водоупорным слоем глины (что и определило общую заболоченность). И совсем обрадовало то, что слой песков находился выше уровня Волги в районе нижнего бьефа Волжской (Иваньковской) плотины. Появилась надежда, что можно относительно просто осушить выбранный район.

Первый же дренажный коллектор, проложенный по направлению к Волге, превзошел все наши ожидания. Песок отлично отдавал воду даже при дождях. В конечном счете правильно спроектированная и выполненная система инженерного дренажа с трубами, заложенными в призмы обратного гравийного фильтра, позволила надежно осушить всю территорию, необходимую для строительства специальных установок и города. Осушенные мелко- и среднезернистые пески создавали плотное основание, способное воспринимать без заметных осадок сравнительно большую нагрузку. Так на месте змеиного острова появились многочисленные специальные установки, в основном по физике высоких энергий, и прекрасный благоустроенный г. Дубна, входящие в Международный объединенный институт ядерных исследований.

Строительство и монтаж самого синхроциклотрона были завершены в 1949 г. За два года в это сооружение уложили 20 тыс. куб. м бетона. Одно только верхнее защитное перекрытие толщиной 2 м весило 10 тыс. т. А на обмотку системы питания и управления было потрачено 500 км кабеля.

После большой исследовательской работы, проведенной академиком В. И. Векслером на построенной нами действующей модели в Физическом институте Академии наук СССР, в трех километрах от г. Дубна был построен синхрофазотрон на энергию 10 Гэв. Он позволил ученым провести ряд важнейших исследований в области физики высоких энергий элементарных частиц. Это уникальное сооружение (см. рисунки) выполнено в виде громадного цирка диаметром 83,5 и высотой свыше 30 метров, в котором размещено магнитное кольцо весом в 36 тыс. т и все основное оборудование ускорителя.

Синхрофазотрон на 10 Гэв (г. Дубна). Поперечный разрез: 1 — синхрофазотрон; 2 — камера

Синхрофазотрон на 10 Гэв Объединенного института ядерных исследований (г. Дубна). План цокольного этажа:

1 — пультовая; 2 — лаборатория; 3 — кабельные и другие коммуникации; 4 — вентиляционные камеры; 5 — резерв; 6 — агрегаты сушки; 7 — насосная; 8 — агрегаты временной схемы; 9 — станции перекачки конденсата; 10 — подстанция № 12; 11 — вакуумная установка; 12 — щитовая; 13 — установка приготовления дистиллята

В составе Института ядерных исследований в Дубне наряду с другими исследовательскими установками в 1957 г. построены циклотрон многозарядных ионов на 120 Мэв, лаборатории ядерных проблем, электрофизическая (ныне лаборатория высоких энергий), нейтронной физики, ядерных реакций, теоретической физики.

Весьма сложным было сооружение крупнейшего в мире кольцевого ускорителя протонов — синхрофазотрона на энергию 50—60 Гэв. Требовалось, во-первых, строить этот грандиозный научно-исследовательский комплекс в глубине страны; во-вторых, опоры кольцевого магнита практически не должны были давать осадку (ученые допускали осадку всего лишь в 0,2 мм при весе магнита около 20 тыс. т). Это требование предопределило расположение всего сооружения — а диаметр его равнялся 472 м — на прочных скальных коренных породах.

Все наши попытки подобрать площадку в районах Урала или Сибири (не говоря уже о Средней Азии) оказались безуспешными, потому что выходы коренных скальных пород оказывались в сейсмических районах (как правило, не менее 4 баллов). А это недопустимо для объекта, требующего точнейшей постоянной фиксации оси вакуумной камеры. В конце концов сложилось убеждение, что площадку надо искать не в скальных, а в районах, сложенных осадочными каменными породами, и прежде всего прочными известняками. После внимательного изучения геологической карты и сравнения ряда вариантов выбрали приокские районы, в частности окрестности Серпухова. Правда, мы не выполняли первое условие — подальше от Москвы. Но определяющим было все-таки второе — безосадочность опор.

После внимательного рассмотрения правительством всех материалов в 1958 г. был принят Серпуховский вариант. Строительство возглавил Михаил Михайлович Царевский, которого в дальнейшем (из-за болезни М. М. Царевского) заменил Станислав Филиппович Мальцев.

Одновременно с подготовительными работами — строительство железной и автомобильной дорог, производственных предприятий — мы развернули широкие геологические исследования для уточнения наивыгоднейшего положения синхрофазотрона, так как знали, что в этом районе, как, впрочем, и во всех зонах известняковых отложений, имеются поверхностные карстовые отложения. В результате удалось разместить все магнитное кольцо и его опоры на местности с минимальным числом карстовых воронок и трещин.

Правда, полностью избежать их не удалось. Закарстованность известняков была весьма неравномерной как по площади, так и в вертикальном разрезе. На площади в 4 кв. км было зафиксировано 55 карстовых воронок. Выбор первоначального местоположения кольца ускорителя производился в основном в зависимости от поверхностных форм карста: кольцо было расположено вне таких карстовых воронок. Однако при выборе проектного (окончательного) местоположения кольца ускорителя были учтены и подземные формы карста — ослабленные трещиноватые зоны в толще известняков.

Большинство таких крупных трещиноватых зон (10 из 14) было сосредоточено в южной половине кольца (см. схему). В северной же половине кольца преобладали в основном мелкие и средние трещиноватые зоны длиной от 5 до 20—25 м, шириной 5—15 м. Степень разрушенности известняков в этих зонах была вдвое меньше.

На основании карты трещиноватых зон центр кольцевого фундамента переместили к северо-западу на 28,7 м. Такое смещение позволяло более рационально расположить кольцевой фундамент основного сооружения. Всего на участки трещиноватых зон приходится 140 м, что составляет лишь 9,4% всей длины кольца.

Схема расположения оси фундамента кольцевого зала по отношению к карстовым явлениям на площадке ускорителя

Следует заметить, что проведенные геофизические исследования в связи с уточнением положения Серпуховского ускорителя являются совершенно уникальными по своей глубине и тщательности.

Закарстованные участки в основании кольцевого и экспериментального залов ускорителя не представляли собой свободных пустот в грунте, а, как правило, были заполнены теми или иными видами разборных пород. Поэтому вначале предполагалось укреплять эти участки путем их цементации. Однако при тщательной проработке связанных с этим гидрогеологических вопросов обратили внимание на то, что сама по себе цементация в конкретных условиях данной площадки вела лишь к омоноличиванию небольшого объема породы, но не улучшала практически прочность основания. Кроме того, искусственное омоноличивание сопровождалось и некоторыми отрицательными явлениями: появлялась физическая неоднородность основания, ухудшалась возможность дренажа вод по трещинам, нарушался природный температурный и гидрогеологический режим и т. д.

В результате тщательного анализа, сопровождавшегося большими натурными исследованиями, было признано целесообразным не нарушать существующего природного равновесия основания и посадить фундаменты ускорителя без ранее намечавшейся цементации трещиноватых зон известняков. Впоследствии опыт эксплуатации ускорителя подтвердил безусловную правильность такого решения.

В январе 1960 г. был вынут первый кубометр земли под котлован основного комплекса ускорителя. Кольцевой магнитный зал из сборных железобетонных элементов длиной по окружности около 1500 м располагался в среднем на 8 м ниже поверхности земли. Кольцевой туннель ускорителя сооружался открытым способом в котловане, при разработке которого выбрано 384 тыс. куб. м грунта. Объем сборных железобетонных конструкций кольцевого зала составляет 15 560 куб. м.