Конюхов Д.С.

Использование подземного пространства. Учеб. пособие для вузов. 2004.

В учебном пособии приводится широкий обзор истории освоенияподземного пространства в различных странах мира, подробно рассматриваются все существующие типы подземных сооружений, экологические аспектыстроительства и использования подземных сооружений. Большое внимание уделено повторному использованию ранее построенных подземных объектов иотработанных горных выработок. Для студентов строительных и архитектурных вузов и факультетов.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Инженерное освоение подземного пространства — это одно из важнейших направлений, обеспечивающих устойчивостьразвития современного общества. Учебное пособие, которое вы держите в руках, предназначено для студентов высших учебных заведений, обучающихся понаправлению подготовки дипломированных специалистов 653 500 «Строительство» (специальности: 290 300«Промышленное и гражданское строительство», 291 400 «Проектирование зданий») и бакалавров по направлению 550 100«Строительство». В нём приводится обзор истории освоения подземного пространства в различных странах мира, включая Россию,рассматриваются практически все типы существующих в настоящее время в мире подземных сооружений, даются многочисленные примеры архитектурно-планировочных решений подземных объектов, построенных в последние годы. Отдельное внимание уделяется экологическим аспектам взаимодействия подземного сооружения с окружающей его природной и городской средой, комплексному использованию подземного пространства, а также повторному использованию ранее построенных подземных объектов различного назначения и отработанных горныхвыработок. В книге рассматриваются проблемы надёжности идолговечности подземных сооружений и излагается современная теория рисков применительно к подземному строительству. Подготовка и издание этого пособия стали возможными во многом благодаря постоянной помощи и поддержке деканафакультета Гидротехнического и специального строительства,заведующего кафедрой Подземного строительства игидротехнических работ МГСУ, доктора техн. наук, профессора М.Г. Зерцалова. Автор искренне благодарит рецензентов: докторов техн. наук, профессоров И.Я. Дормана и В.Е. Меркина за ценные советы и замечания при подготовке рукописи.

ВВЕДЕНИЕ

В последние годы во всём мире всё большее внимание при планировке и застройке крупных городов и городов-мегаполисов уделяется проблемам освоения подземного пространства, атакже строительству подземных объектов за пределами городской черты, обеспечивающих нормальное функционированиекрупных населённых, в особенности промышленных, центров. Такие проблемы, как дефицит городских территорий, постоянный рост населения городов, скопление на дорогах больших масстранспортных средств, неспособность городской инфраструктуры справиться с постоянно возрастающими нагрузками иухудшение экологической обстановки требуют всё более активногоиспользования подземного пространства, в том числе дляразмещения транспортных и инженерных систем, объектов торговли и бытового обслуживания, складов и автостоянок и т.п. Согласно современным исследованиям, в большинстве случаев подземные сооружения, несмотря на значительные затраты при ихвозведении, являются наиболее оптимальными решениями многихвопросов функционирования города.

Подземное пространство города — это пространство под дневной поверхностью земли, используемое как «одно из средств преодоления тенденции расширения города, предмет разработок новых концепций создания и сохранения естественной среды обитания, достижения приоритетов эколого-экономического благополучия и устойчивого развития, создания условийжизнедеятельности людей в экстремальных условиях» [РАСЭ, 1996]. Подземное пространство города включает: подземныетранспортные сооружения, размещение промышленных предприятий и предприятий обслуживания населения, подземные городские сети и сооружения инженерного оборудования, сооруженияспециального назначения. Комплексное освоение подземного пространства (рис. 1) характерно для крупных городов и городов- мегаполисов, в основном, в зонах общегородского центра ицентрах муниципальных районов, в зонах наиболее важныхтранспортных узлов и пересечений, на территориях промышленного и коммунально-складского назначения. Одним из аспектовкомплексного освоения подземного пространства являетсярациональное использование наземной территории, в частности:

строительство зданий и сооружений в условиях стеснённой городской застройки;

сохранение территории зелёных зон и мест отдыха,устройство в сложившейся застройке озеленённых и благоустроенных участков;

повышение художественно-эстетических качеств городской среды, сохранение исторически ценной территории;

сохранение и восстановление уникальных объектовландшафтной архитектуры;

доступность наиболее важных объектов городского значения и мест трудовой деятельности горожан, экономия времени;

улучшение транспортного обслуживания, повышениебезопасности движения, снижение уличных шумов;

сокращение длины инженерных коммуникаций;

защита населения в периоды возможных природных итехногенных аварий и катастроф.

Во всех мировых столицах ведётся активное освоениеподземного пространства. Не являются исключением и крупныегорода нашей страны, в первую очередь Москва иСанкт-Петербург. По сути дела, на наших глазах создаётся новая подземная инфраструктура крупных городов, в ходе проектирования истроительства которой необходимо учитывать целый ряд факторов, и, прежде всего, влияние техногенных процессов на экологию подземного пространства и состояние гидрогеологической среды.

Гиперконцентрация населения, инфраструктуры ипромышленного производства приводит к огромной перегрузкегеоэкологической и гидрогеологической сред крупных городов и вызывает в них необратимые изменения. На территории Москвы подвоздействием техногенных факторов развивается гравитационное идинамическое уплотнение пород, сдвижение пород в массиве,гидростатическое взвешивание и сжатие рыхлых водовмещающих пород, механическая и химическая суффозия. Наиболее активно воздействие города проявляется в поверхностных слоях земной коры на глубинах до 60—100 м, однако, в отдельных случаях, это воздействие может проявляться и на глубинах до 1500—2000 м от дневной поверхности*. Наиболее существенное влияние нагеоэкологическую среду оказывают: воздействие наземнойтехносферы города, создание подземных выработок, откачкаподземных вод, нарушение инфильтрационного баланса грунтовых вод. Нарушение природного баланса грунтовых вод, например,приводит к изменению напряжённо-деформированного состояния породного массива и уплотнению пород в пределах депрессионных воронок, образующихся при водопонижении. Это, в свою очередь, вызывает деформации земной поверхности истановится причиной многочисленных аварийных ситуаций. Всёвышеперечисленное свидетельствует о том, что на территории Москвы протекают значительные изменения геологической среды иприродный ресурсный потенциал уже, практически, не в состоянии обеспечить своё самовосстановление. Примерно 48 %территории города находится в районах геологического риска, 12 % — в районах потенциального геологического риска и лишь 40 %территории характеризуются как стабильные. На настоящий момент «освоение подземного пространства является ключом к сохранению окружающей среды, а такжефактором, оказывающим благоприятное влияние на сохранениесреды обитания человека в крупных городах» [Петренко, 1998].

Этого благоприятного влияния можно достичь за счёт:

— более полного использования подземного пространства, как среды обитания человека;

— расширения области применения «экологичных» способов строительства подземных сооружений;

— контроля за просадками дневной поверхности и ихпредотвращение;

— нестандартных архитектурно-планировочных решений с учётом экологических требований при использованииподземного пространства.

Среди большого количества объектов подземнойинфраструктуры существенная роль отводится системам исооружениям транспортного назначения. К их числу принято относить:

объекты городского скоростного внеуличного пассажирского рельсового транспорта (метрополитен, скоростной трамвай,городская железная дорога);

пересечения городских улиц и дорог в разных уровнях,транспортные тоннели, подводные тоннели, подземные пешеходные переходы и т.д.;

объекты, связанные с хранением и обслуживаниемавтомобильного транспорта (гаражи для постоянного храненияавтотранспорта, гостевые автостоянки-паркинги);

многофункциональные, многоуровневые объекты икомплексы различного назначения, взаимосвязанные с наземнымизданиями, а также сооружениями и устройствами транспортногоназначения с различными формами использования подземногогородского пространства (вокзалы, торговые центры, станцииметро и т.д.).

Среди подземных систем специализированногопассажирского транспорта в городах нашей страны преобладаютметрополитены. В настоящее время метрополитены эксплуатируются истроятся в десяти городах России: Екатеринбурге, Казани,Красноярске, Москве, Нижнем Новгороде, Новосибирске, Омске,Санкт-Петербурге, Самаре, Челябинске, а проектируется — в Уфе. В последние годы всё более широкое распространениезавоёвывает тенденция создания новых транспортных линий,призванных обеспечить связь деловых, культурно-исторических и торговых центров между собой и с районами массовой жилой застройки, расположенными на окраинах крупных городов. Это позволит увеличить скорость сообщения и улучшить качество обслуживания пассажиров. К таким линиям, в первую очередь, относятся «мини-метро», имеющие меньшие размеры туннелей и станций «в свету», более короткие расстояния между станциями, более низкие скорости движения подвижного состава. Дополняя уже существующие сети метрополитена, проектируются системы «метро центра», которые позволяют создавать более удобные связи для внутрицентровых перевозок. Также в Москвепланируется создание сети экспрессных линий метрополитена. Такиесистемы существуют во многих крупных городах мира: Париже, Лондоне, Нью-Йорке и многих других (рис. 2). Интеграцияразличных внеуличных систем рельсового транспорта позволяет приблизить пассажиров к наиболее посещаемым местам города. Каркасом современного города является улично-дорожная сеть, которая также взаимосвязана с проблемами освоения ииспользования подземного пространства. В Москве многиетранспортные пересечения в разных уровнях решены сиспользованием тоннелей. Использование разноуровневых пересечений (вчастности, тоннельного типа) упорядочивает условия движениягородского наземного транспорта, сокращает уровень транспортных шумов и загрязнения воздуха выхлопными газамиавтомобилей, снижает число дорожно-транспортных происшествий.

С подземными транспортными системами непосредственно связана ещё одна градостроительная проблема — организация постоянного и временного хранения автомобильного транспорта. При решении этой проблемы необходимо, сочетая различные приёмы и максимально учитывая всю совокупность конкретных условий, применять новые технологии использованияподземного пространства, являющиеся особенно перспективными дляпереуплотнённых и реконструируемых центральных районовгородов-мегаполисов.

Комплексное использование подземного пространствасдерживает дальнейший рост территорий крупных городов ипозволяет решать совместно градостроительные, транспортные,инженерные и социальные проблемы, улучшатьархитектурно-планировочную структуру городов, освободить поверхность земли от многих сооружений вспомогательного характера, рационально использовать городские территории для жилищногостроительства, создать места отдыха горожан, улучшатьсанитарно-гигиеническое состояние города, сохраняя архитектурныепамятники — эффективно размещать объекты инженерногооборудования и т.д.

1. ИСТОРИЧЕСКИЙ ОБЗОР ИНЖЕНЕРНОГО ОСВОЕНИЯ ПОДЗЕМНОГО ПРОСТРАНСТВА

1.1. Краткий исторический обзор подземного строительства в мире

Освоение человеком подземного пространства началось в глубокой древности. Прототипом подземных сооружений можно считать естественные пещеры и пустоты в скальных породах,используемые нашими предками. Пещера стала первым жилищем человека, защищавшим его от непогоды и хищников. Примерно в

то же время человек начал подземным способом разрабатывать горные породы для получения различных полезных ископаемых. В.М. Слукиным [Слукин, 1991] предлагается периодизация подземных сооружений по эпохам:

1) поздний палеолит и неолит (до 4 тысячелетия до н.э.);

2) древний мир (4 тысячелетие до н.э. — IV вв. н.э.);

3) средневековье (V—XI вв.);

4) новое время (после XII вв.).

Российским обществом спелеостологических исследований разработан «Кадастр искусственных пещер и подземныхархитектурных сооружений на территории Евразийского иАфриканского континентов»*. В зависимости от культурно-цивилизационных факторов, исторических предпосылок, основного родазанятий населения и проч. в «Кадастре» выделяются восемь спелеостологических стран Старого Света.

1. Восточнославянская. Целиком располагается натерритории СНГ и занимает достаточно однородную, с точки зрения культуры освоения подземного пространства, территорию:большую часть России, Белоруссии, Украины, север Казахстана. На этой территории с древности сооружались подземные объекты культурного и бытового назначения, культовые сооружения,убежища, фортификационные подземные ходы, рудники икаменоломни.

2. Западноевропейская. Занимает территорию Европы, стран Балтии, Северо-Западной Белоруссии, Закарпатья. Этатерритория характеризуется широким и прагматичным использованием подземного пространства* уже многие тысячелетия здесьприменяются подземные выработки, оборонительные сооружения,убежища, хозяйственные сооружения, некрополи.

3. Переднеазиатская. Включает Бессарабию, Горный Крым и Кавказ. Для этой территории с глубокой древности характерно комплексное использование больших групп подземных объектов различного назначения: жилых, хозяйственных,оборонительных, транспортных, культовых — входящих в пещерные города и подземные монастыри. На этой территории находятся широко известные в мире подземные города-монастыри (Каппадокия, Турция); большие подземные комплексы оборонительного ихозяйственного назначения.

4. Среднеазиатская. Располагается на территориисреднеазиатских государств СНГ, восточного Азербайджана, Ирана иСеверного Афганистана. Освоение подземного пространства здесь началось со строительства в предгорьях водоподводящих систем — кяриязов, суммарной протяженностью в десятки тысяч километров. В горных районах с 15 тысячелетия до н.э.развивалось горнорудное дело. Кроме этого в этом районе находятподземные ходы оборонительного назначения, а такжемусульманские и буддийские культовые пещеры.

5. Южноазиатская. Занимает полуостров Индостан иприлегающие районы. Характеризуется развитием горного дела,наличием подземных цистерн, группами крупных подземных храмов с высеченными в скале архитектурными элементами —колоннами, скульптурами и проч.

6. Восточноазиатская. В основном, находится на территории Китая. Уникальные достижения древней и средневековой науки Китая способствовали созданию оригинальных и разнообразных подземных сооружений: пещерных храмов, некрополей,водоводов, транспортных коммуникаций. Особенно интенсивнымразвитием характеризовалось жилищное строительство — и в наше время в пещерных поселениях Китая проживают десяткимиллионов человек

7. Североафриканская. Находится на территории Древнего Египта и стран Северной Африки. В основном характеризуется подземными сооружениями культового назначения: гробницами и храмами, а также подземной добычей полезных ископаемых. В Ливии и Алжире сохранились сетчатые водособирающиеподземные системы, напоминающие кяриязы; в Эфиопии —оригинальные подземные храмы. В странах Северной Африки для защиты от жары жители периодически сооружали подземные жилища.

8. Экваториальноафриканская. На территории ЧёрнойАфрики к югу от Сахары к настоящему времени не обнаруженоникаких признаков подземного строительства. В Восточной Африке, видимо, вследствие культурного взаимообмена с Индией,Египтом и арабскими странами, подземным способомразрабатывались полезные ископаемые. Первое свидетельство постройки тоннеля, зафиксированное в исторических документах, относится к 2 150 году до нашей эры. Это был подводный пешеходный тоннель протяжённостью 900 м и размерами в свету 4 х 3,6 м под рекой Евфрат в Вавилоне,соединявший царский дворец с храмом Юпитера. На время строительства русло реки шириной 180 м было отведено в сторону и все работы произведены насухо в открытом котловане. Стены и свод тоннеля состояли из кирпичной кладки на битумномвяжущем.

Подземные сооружения многократно упоминаютсяисториком Геродотом. В частности, им описываются подземныефрагменты египетских пирамид (около 2500 года до н.э.), подземные покои египетской царицы Нитокрис (около 700 года до н.э.),тоннель длиной около 1600 м на острове Самос в Эгейском море, пройденный в известняке с помощью молотков и зубил. Вот что пишет сам Геродот об этом сооружении: «Сквозной тоннель в горе высотой в 150 оргий*, начинающийся у её подошвы свыходами по обеим сторонам. Длина тоннеля 7 стадий, а высота и ширина по 8 футов. Под этим тоннелем по всей его длине они прокопали канал глубиной в 20 локтей и 3 фута ширины, через который в город по трубам проведена вода... Строителем этого водопроводного сооружения был Евпалий, сын Навстрофа. В течение многих веков этот тоннель считался неизвестным и вновь был открыт лишь в 1882 году. При его обследовании было выяснено, что трасса тоннеля состоит из двух прямых,соединённых обратными кривыми. К первому тысячелетию до н.э. историки относят подземные города на территории современных Грузии и Армении. В Грузии, недалеко от города Гори, сохранился древний подземный город Уплисцихе (рис. 1.1), сообщавшийся с р. Курой с помощьютоннеля. Для сбора грунтовых и атмосферных вод использовалась система шахт, соединявшихся между собой подземными ходами, проложенными на глубине около 50 м от поверхности земли.

Подземные выработки возводились без обделки и лишь в отдельных случаях закреплялись каменной кладкой. Около 50 года до н.э. римлянами был пробит тоннель длиной около 5 км для отвода воды из озера Фучино. Согласно историку Плинию, тоннель строился в течение 11 лет, работы велись встречными забоями примерно из 40 шахт. В начале 1-го века н.э. римлянами был построен тоннельдлиной 900 м и шириной 8 м на дороге Неаполь — Понцуоли.Тоннель проложен под холмом Посилипо, сложенным извулканического туфа. Высота тоннеля у входного и выходного портала составляет 25 м, а к середине она постепенно уменьшается.

Предполагается, что вертикальные раструбы предназначались для улучшения освещения дневным светом. Около 300 года н.э. на территории современной Турции был построен тоннель, выполнявший одновременно функцииводопровода и подземного судоходного канала. При императоре Адриане римлянами был сооружен тоннель для водоснабжения Афин. В период турецкого владычествачисленность населения города резко упала, тоннель был заброшен и вновь запущен в эксплуатацию спустя столетия — в 1840 году. В 1925 году афинский водопровод был расширен иреконструирован, вследствие чего старый римский тоннель продолжаетэксплуатироваться до сих пор.

Древние славяне в середине и второй половине 1-готысячелетия н.э. в качестве основного вида жилища использовалиполуподземные сооружения — землянки (рис. 1.2). К VIII—IX векам относятся катакомбные погребения в Хазарии. Основу этого погребального сооружения составляли катакомбы, вырытые в твердом грунте на склонах холмов. Каждая катакомба состояла из двух частей — коридорного входа ипогребальной камеры.

В Грузии на скалистом обрыве высотой 105 м на левом берегу р. Куры в XII—XIII вв. был высечен подземный комплекс Вардзиа. Комплекс представляет собой 8 этажей пещер, пройденных в вулканических туфах на участке шириной около 500 м (рис. 1.3). В центре пещерного комплекса находится церковь УспенияБогоматери, относящаяся, по росписи стен, к 1184—1186 годам. К западу от церкви расположена колокольня. Между ними, а также западнее и восточнее, находятся сотни общественных, культовых и жилых помещений, связанных коридорами, площадками илестницами. Для водоснабжения комплекса его строителями был пробит тоннель протяжённостью 3,5 км, по дну которого пролегали два гончарных трубопровода. Вода по ним шла самотёком.

Пропускная способность этого водопровода составляла более 160 000 л/сут. Между 400-ми и 1400-ми годами историками отмечаетсяпочти тысячелетний застой в европейском тоннелестроении. Здесь необходимо отметить, что данный временной перерыв относится, в первую очередь, к строительству объектов общественного(промышленного и гражданского) назначения. Строительствоподземных сооружений оборонного и специального назначения не прерывалось практически никогда. Более подробно это вопрос будет рассмотрен в следующих разделах на примере освоения подземного пространства России, стран СНГ и Москвы. Начиная с XIII в. на юго-востоке Нидерландов широкоераспространение получила подземная добыча известняка для строительства. Всего зарегистрировано около 250 каменоломен, восновном, частного характера, площадью от нескольких десятков метров до 100 га [Бреулс, 1998]. Большинство этих выработок, расположенных на глубине 20—25 м, сосредоточено в долина Зихен и Зассен в 10 км от Маастриха. Добывая камень, рабочие прокладывали глубокие шахты к пласту известняка. Придостижении пласта прорезали отдельный ход со ступенями, идущий к кухне, сараю или хозяйственной постройке на дневной поверхности. По окончании строительства выработки использовались как хранилища, колодцы (при повышении уровня грунтовых вод), убежища на время многочисленных войн. На стенах шахтнаходят рисунки всадников и солдат, изображённых в униформеармий практически всех стран мира, проходивших за истекшие 7 веков через территорию Нидерландов. В 1450 году было начато строительство тоннеля на дороге между Ниццей и Генуей. Вскоре работы были приостановлены и возобновлены лишь через 300 лет. Однако в 1794 годустроительство было полностью прекращено и над незаконченнымтоннелем устроена дорога.

В конце XV в. на территории Московского Кремля былопроложено несколько водопроводных тоннелей с обделкой изкаменной кладки. В XVI в., в период правления Ивана Грозного, в Москве велось активное подземное строительство. В частности, в 1657 году В. Азначеевым была предпринята попыткастроительства подводного тоннеля под р. Москвой. В XVII в. в Пскове и Великом Новгороде было проложено несколько подземныхходов протяжённостью до 200 м с деревянным и каменнымкреплением свода и стен.

В XVII—XIX вв. во Франции было пройдено несколькосудоходных тоннелей:

в 1679—1681 годах на участке Лангедокского канала,соединявшего р. Гаронна со Средиземным морем, тоннель длиной 164 м, высотой 8,2 м и шириной 6,7 м, пересекающий возвышенность Мальпас к северу от Пиренеев (Мальпасский тоннель, впервые в истории тоннельного дела, был пройден с применением пороха);

в 1784—1838 годах в разделительном бьефе канала Нивернэ между реками Сана и Луара были построены три судоходных тоннеля общей протяжённостью около 1500 ми шириной 7 м;

в 1787—1789 годах на Центральном канале между реками Луара и Сена был сооружён тоннель Торси длиной 1276 м,шириной 2,6 м и высотой 2,9 м;

в 1802—1809 годах на Сен-Кантенском канале между реками Уаза и Шельда были пройдены два тоннеля: Рикеваль, длиной 5670 м, и Тронкуа, длиной 1098 м. Ширина этих тоннелей — 8 м.

В общей сложности, к началу XIX в. во Франции былипостроены около 40 судоходных тоннелей. Не отставала от Франции и её историческая соперница — Англия: в период с 1766 по 1769 годы на канале, соединяющем каменноугольные копи с Манчестером, были пройдены 5судоходных тоннелей, самый протяжённый из которых — Харкэстль, — имел длину 2632 м, ширину 2,7 м и высоту 3,7 м. В 1825—1827 годах параллельно ему был пройден ещё одинтоннель длиной 2675 м, шириной 4,3 м и высотой 4,9 м. Всего за тот же период времени, что и во Франции, в Англии были построены около 60 судоходных тоннелей.

В США первый судоходный тоннель длиной 137 м, шириной 6,1 м и высотой 5,5 м был построен в 1818—1821 годах на Шюйкильском канале. В 1828 году в Пенсильвании был сооружёнсудоходный тоннель Лебанон длиной 223 м, шириной 5,5 м ивысотой 4,6 м.

Вторую четверть XIX в. можно считать началом эпохипромышленного тоннелестроения. Наряду с судоходными, активно возводилась железнодорожные тоннели. Первый из них был проложен в 1826—1830 годах в Англии на линии Ливерпуль- Манчестер, длина его составляет 1190 м. В тоже время воФранции был построен железнодорожный тоннель на линии Роанн — Андрезье. В США первый железнодорожный тоннель былсооружён в 1831-1833 годах на линии Аллегэни—Портэдж вПенсильвании. Длина тоннеля составила 270 м, высота 5,8 м,ширина 6,1 м.

«Отцом тоннелестроения» М. Брюннелем в 1825 году был предложен метод щитовой проходки, с помощью которого вмягких породах под р. Темзой был прорыт тоннель протяженностью 450 м (рис. 1.4). Строительство было завершено в 1832 году.

Инженерами Барлоу и Трейтхедом в 1869 году был сооружёнвторой подводный тоннель под Темзой длиной 450 м и внутренним диаметром 2 м. Для его проходки был использован щиткругового сечения с обделкой из чугунных сегментов. Этот щит является прообразом современных тоннелепроходческих щитов.

Важным этапом становления эпохи промышленноготоннелестроения является сооружение Лондонского метрополитена,открытого для движения в 1862 году. Первый участок имелпротяжённость всего 3,6 км, однако уже в 1863 году парламентскаякомиссия одобрила сооружение 30-ти километровой подземной окружной железной дороги. Она была введена в эксплуатацию в 1884 году и на одном из ответвлений включила в себя тоннель Брюннеля, оказавшийся самым старым участком Лондонского метро. В 1890 году на подземной части Южно-Лондонскойлинии была введена электрическая тяга поездов. До этого поезда ходили на паровой тяге и тоннели были заполнены паровозным дымом и копотью.

Первые методы механизации проходческих работ былиразработаны в середине XIX в. во время строительства протяжённых альпийских тоннелей. Первым из них стал двухпутный Мон-Сенисский тоннель между Францией и Италией протяжённостью 12 850 м. Работы были начаты в 1857 году, но продвигалиськрайне медленно. Для увеличения скорости проходки былисконструированы бурильные машины, работающие от сжатого воздуха, а в январе 1861 года здесь впервые было применено механическое бурение. Движение в тоннеле было открыто 17 сентября 1871 года.

Второй альпийский тоннель — Сен-Готард, — начали строить в сентябре 1871 года (рис. 1.5). Двухпутный тоннель длинойоколо 16 300 м проходит в сильно нарушенных гранитах, гнейсах, сланцах и др. породах. При его сооружении порох впервые был заменён динамитом, применены гидравлические бурильныемашины и механическая откатка породы. Строительство былозавершено в 1882 году.

Дальнейшее совершенствование методов проходкипозволило пройти двухпутный Альбергский железнодорожный тоннель длиной 10 270 м между долинами рек Инн и Рейн за четыре года: с 1880 по 1884 годы.

Значительно более грандиозный Симплонский тоннельмежду Италией и Швейцарией, протяжённостью 19 780 м, былпостроен в период с 1898 по 1906 годы. Значительная длинасооружения заставила его проектировщиков отказаться от принятой для всех остальных альпийских тоннелей двухпутной схемыдвижения и заменить её двумя параллельными однопутнымитоннелями, расположенными на расстоянии 17 м один от другого.

В этот же период времени были сооружены ещё около 10 альпийских тоннелей протяженностью от 6100 м до 14 600 м. Наибольшую трудность вызвало строительствотоннеля Лечберг. Строительство было начато в 1906 году и до июля 1908 года проходило нормально. 24 июля 1908 года произошёл внезапный прорыв воды в тоннель и участок протяжённостью 150 м был заполнен жидкой массой песка, ила и щебня. При проведении обследования было выявлено, что тоннель пересёк тектонический разлом, заполненный аллювиальнымиотложениями. Через этот разлом прошла вода из р. Кордер,расположенной на высоте 180 м над трассой тоннеля. Строителями было принято решение обойти место прорыва, что увеличило общую длину сооружения на 870 м.

Немного раньше тоннеля Лечберг на севере Италии был пройден однопутный тоннель Гатико протяжённостью 3 310 м. При его строительстве впервые были применены вертикальные кессоны для проходки участка длиной 344 м в слабыхводоносных грунтах.

Первые железнодорожные тоннели в России былисооружены в 1859 — 1862 годах на железной дороге «Санкт-Петербург- Варшава».

В 1892 году в Грузии было завершено строительствочетырёхкилометрового тоннеля через Сурамский перевал.Строительство в трещиноватых породах с большим горным давлением, в основном, велось способом опёртого свода. В этом тоннеле,впервые в России, была применена гидравлическая машина длябурения шпуров. Расчёт свода, как «упругой арки», был выполнен по предложению проф. Л.Ф. Николаи. По окончании Первой мировой войны в Италии на линии Флоренция—Болонья был выстроен железнодорожный тоннель протяжённостью 18 510 м. В 1923—1927 годах в штате Колорадо (США) был сооружён однопутный Моффатский тоннель сечением 4,8x7,2 м и длиной 9 800 м. Начатый в 1922 году, почти одновременно с ним,тоннель Шилизу в Японии, протяжённостью 9 700 м, был завершён лишь в 1931 году.

В сложных гидрогеологических условиях велосьстроительство Таннского тоннеля длиной 7 800 м, расположенного нажелезной дороге Токио—Кобэ. Строительство было начато в 1918 году и завершено в 1934 году. В 1936—1941 годах в Японии под Симонесским проливом был построен один из первых в мире протяжённых подводных тоннелей. Его длина составила 6 330 м.

В 1939 году в Кардифоре (США) был построен, по-видимому первый в мире, подземный гараж. Заглублённый под одну из площадей города на 10,7 м, он одновременно являлся убежищем для населения на особый период. С 1940 года в США начинают активно использоваться заброшенные выработки в известковых карьерах в качестве холодильников для длительного хранения скоропортящихся пищевых продуктов. Исследования,проведённые американскими специалистами, показывают, что вподземных известковых выработках в течение длительного временисохраняются постоянная температура и влажность. В случаеотключения приборов охлаждения температура в подземных складских помещениях поднимается на 3 °С в течение 60 дней.

А в 1948 году в г. Наантали (Финляндия) было сооружено одно из первых в мире подземных нефтехранилищ.До начала Второй мировой войны в Германии шлоинтенсивное строительство подземных заводов. Для этого использовались:

существующие горные выработки с расширением отдельных участков до необходимых размеров;

горизонтальные горные выработки внутри холмов или гор;

подземные и полуподземные сооружения, возводимые вглубоких котлованах (нередко использовались глубокие овраги, тальвеги и прочие естественные углубления).

Одним из наиболее крупных был завод для производстваракетных установок ФАУ-1 и ФАУ-2 в Нордхаузе (Тюрингия),расположенный внутри большого холма. Завод состоял из двухпараллельных тоннелей длиной 2,3 км и шириной 12,5 м,расположенных на расстоянии 1,4 км один от другого. Тоннелисоединялись друг с другом 46-ю поперечными выработками. Общаяполезная площадь подземного пространства составляла около 15 га. По окончании Второй мировой войны строительствоподземных заводов приобрело широкий размах в Великобритании. Для этого, обычно, использовались заброшенные горные выработки. Например, в одной из заброшенных шахт, существовавшей ещё в Первую мировую войну, был размещён подземный завод поизготовлению деталей самолётов. Общая полезная площадь завода составляла около 6 км2.

Говоря об истории подземного строительства, нельзя обойти вниманием такой немаловажный аспект, как строительствоподземных гидротехнических сооружений, отличающихсянаибольшей сложностью и трудоёмкостью по сравнению спромышленными и гражданским объектами. Так, можно привестиследующее сопоставление: площади поперечного сечения камерныхвыработок для машинных залов, уравнительных резервуаров ираспределительных устройств подземных ГЭС нередко превышают 1 000 м2 , гидротехнических тоннелей — 200 м2 , в то время как площадь поперечного сечения перегонных, тоннелейметрополитена составляет 20—25 м2 [Мостков, Орлов, Степанов, 1986]. В качестве примера приведём проект подземного машинного зала Рогунской ГЭС (рис. 1.6). Подземный машинный зал Рогунской ГЭС длиной 320 м, шириной 27 м и высотой 64 м запроектирован на глубине 500 м от поверхности земли. В непосредственнойблизости от него — помещение силовых трансформаторов шириной 20 м, высотой 38 м и длиной 180 м, отделённое от машинного зала скальным целиком шириной 38 м. Общий объём подземных выработок на Рогунском гидроузле — около 5,3 млн. м3, а ихпротяжённость — около 60 км.

...
Подземное пространство - город растет вглубь

Каждый город непрерывно растет, увеличивая свою площадь. Предоставляя человеку возможность самым выгодным образом реализовать свои способности, городские условия создают невероятно большую концентрацию населения. Одновременно меняется уровень жизни и благосостояния. Здания, сооружения и инфраструктура со временем оказываются устаревшими, не соответствующими растущим запросам и потребностям городского населения.

Рост концентрации населения требует все новых площадей для новых зданий, дорог, обслуживающих сооружений и всего того, что нужно человеку для жизни. Со временем город становится экономически неэффективным. Растянутые транспортные коммуникации увеличивают стоимость продукции городских предприятий. С ростом площади значительно растут расходы на отопление, уборку мусора и водоснабжение.

В развитии города однажды наступает этап, когда дальнейший его рост требует радикального пересмотра концепции использования городского пространства. Еще в древних городах, зажатых крепостными стенами, начали строить многоэтажные здания. Одновременно для различных целей использовали и объем подземного пространства.

Изменения температуры воздуха влияют на состояние лишь поверхностного слоя грунта (только до глубины 0,3м). Дальше начинается область, в которой какие-либо изменения происходят очень и очень медленно. На каждые 33 метра в глубь планеты прирост температуры составляет 1°С.

Подземным сооружениям неведомо воздействие внешних факторов: осадков, метелей и ураганов. Там всегда стабильный влажностно-температурный режим, благоприятный для хранения, который очень легко поддерживать в нужных пределах.

За тысячелетия развития человеческая цивилизация накопила богатый опыт освоения и использования подземной среды. В основном в целях хранения продуктов и прочего имущества. Вряд ли найдется хоть что-нибудь, что не размещали бы под землей. Церкви, военные заводы и арсеналы, больницы и госпитали, рестораны, гостиницы и даже кладбища.

Катакомбам Парижа 18 столетий. Общая длина подземных помещений составляет 300 км, занимаемая площадь 800 гектаров. В них добывали строительный камень и гипс. Дальнейшие разработки были запрещены только Наполеоном из-за угрозы обвалов. Именно здесь хоронили умерших во время эпидемий. Катакомбы использовались для жилья и размещения винных погребов. Во времена хиппи молодежь устраивала здесь праздники и дискотеки, после чего городские службы закрыли все входы под землю.

Из современного опыта наиболее показательно использование подземного пространства в городе Канзас-Сити (США). Все известняковые шахты разрабатываются с учетом будущего использования выработанного объема. Подземные помещения сдают в аренду и продают под офисы фирм и как производственные площади. Горные породы обладают хорошей вибро- и акустической изоляцией. Такие условия - основное требование при размещении производства оптических деталей и высокоточных приборов. Калибровочные и юстировочные работы на поверхности приходилось проводить только в ночное время из-за транспортного шума. По этой причине практичные американцы опустили производство на глубину 183 метра.

Стоимость извлеченной породы составляет лишь небольшую часть стоимости освобожденного пространства. Некоторое время даже рассматривались предложения сваливать известняк в реку. Доходы от его продажи значительно ниже по сравнению с прибылями от эксплуатации помещений.

Во время холодной войны под крупными городами в Китае создали целую сеть бомбоубежищ. Казалось бы впустую были затрачены огромные материальные и трудовые ресурсы. Однако после начала в Китае реформ эти площади стали использовать в коммерческих целях. В расположенных под землей ресторанах даже справляют свадьбы и юбилеи.

Использование подземного пространства зависит от геологических и сейсмических условий в районе города. Не возникает особых трудностей при разработке полостей в скальной породе и известняках. Для Беларуси характерны обводненные осадочные грунты и главная угроза для подземных сооружений исходит от воды. Тем не менее строительство минского метро показало, что при надлежащем качестве работ возможна успешная борьба с этим злом.

Основной смысл освоения подземного пространства - экономия площади поверхности в городской черте. Особенно это впечатляет, если рассматривать проблемы роста необходимых площадей под автостоянки.

Непонятно, каким образом, но исторически сложилось так, что подвальные помещения наших многоэтажек не используются в качестве гаражей. Мы относимся к этому спокойно и привыкли к несовпадению места хранения автомобиля с местом жительства его хозяина. Иногда расстояние может быть больше километра. При такой логике обычная поездка - целый ритуал. Нужно добраться до стоянки, причем в любую погоду, забрать автомобиль, подогнать его к подъезду и только потом воспользоваться плодами всеобщей автомобилизации.

Такое положение вещей - строительство отдельно стоящих гаражей при острой жилищной проблеме вызывает удивление. На каждый двухуровневый гараж требуется столько же стройматериалов, сколько и на фундамент многоэтажного здания такой же площади. Каждый новый гаражный кооператив - это несколько закопанных в землю фундаментов. Было бы понятно, если одновременно строили бы здания с подземными стоянками, но этого не происходит. Такая практика процветает на всем пространстве СНГ.

В 1990 году в бывшем СССР на каждых 17,9 человека приходился один легковой автомобиль. В то же время в Европе этот показатель составлял 2,9 человека на 1 авто, а в США 1,9 человека. Вполне понятно, что будет происходить дальнейшее насыщение страны автомобилями до европейских стандартов. Когда-нибудь их количество возрастет в 6 раз, а следовательно, площадь автостоянок и гаражей увеличится таким же образом.

По данным специалистов АО Белпромпроект, стоимость строительства многоэтажных зданий с подземным гаражом возрастает всего лишь на несколько процентов. В основном это расходы на строительство въезда, вентиляцию и дополнительную звукоизоляцию.

Самое удивительное состоит в отсутствии каких-либо ограничений на проектирование и строительство со стороны строительных норм и правил. Нет каких либо особых препятствий со стороны пожарных. Ограничения начинаются, если количество этажей гаража более двух. Тогда предъявляются повышенные требования к надежности путей эвакуации автомобилей.

Практически существующая ситуация не объяснима с точки зрения здравого смысла. Хранение автомобилей под открытым небом приводит к ускоренной коррозии кузова и деталей. Кроме этого, запуск холодного двигателя при отрицательной температуре равнозначен износу при пробеге в 200 км. В свою очередь это ведет к более частым покупкам запчастей. А так как у нас все чаще обзаводятся иномарками, из государства утекает столь необходимая валюта.

В холодное время нужно несколько минут, чтобы довести температуру двигателя до необходимой. Эти несколько минут при каждом запуске- тысячи тонн бензина. А сколько проблем возникает, когда температура опускается ниже минус 30° С. Для многих это становится непреодолимым препятствием, и они вынуждены пользоваться общественным транспортом. Подобных проблем для метрополитена не существует. Его работа абсолютно не зависит от внешних факторов.

Вместе с началом строительства метро возникла возможность серьезного освоения подземного пространства города. Первый серьезный эксперимент проектировщики сделали при проектировании станции "Октябрьская". В подземном переходе к универсаму "Центральный" разместили помещения касс по предварительной продаже билетов. Основываясь на этом опыте, при последующем проектировании начали делать ставку на расширение возможностей эксплуатации преимуществ подземных площадей.

По мнению главного инженера АП Минскметропроект Г. А. Евсевьева метрополитен нужно рассматривать как зону создания подземной инфраструктуры для размещения социальных служб города и помещений вспомогательного характера. Комплексное использование подземного пространства экономит наземные площади. Это выход для разгрузки центра города, где стоимость земли значительно выше, чем на окраинах. Такой подход к проблеме дает возможность снизить расходы по строительству самого метрополитена.

Дело в том, что минское метро имеет небольшую глубину заложения. Несущую способность конструкций и, следовательно, их стоимость обусловливает нагрузка, создаваемая грунтом над станцией. Больше глубина - больше вес грунта, больше нагрузка и выше расходы на строительные конструкции. Стремление снизить эту статью расходов приводит к созданию над станцией помещений. Логика проста - вес воздуха ничтожен по сравнению с грунтовой засыпкой.

При таком подходе стоимость строительства падает, архитектуру станций можно делать более ажурной. Выручка от эксплуатации созданных подземных помещений становится дополнительным источником финансирования.

Исходя из таких логических предпосылок строился участок перегонных туннелей за станцией метро "Фрунзенская". Вместо грунтовой засыпки спроектировали и построили два подземных этажа площадью по 2 000 м2 каждый. Предполагалось, что верхний из них будет использоваться для торговых помещений. На нижнем этаже должны были разместиться склады товаров. Была предусмотрена возможность установки грузовых лифтов. К сожалению, до сих пор не удалось найти покупателей или арендаторов для этих площадей. Были предложения использовать эти помещения в качестве гаражей. Главный инженер "Минскметропроекта" относится к этому сдержанно. С точки зрения торговли место очень выгодное. Рано или поздно потребитель найдется.

Лучше обстоит ситуация на строительстве станции "Партизанская". Над станцией расположен торговый зал размерами 21 на 105 метров. Примерно таких же размеров запроектирован и строящийся подземный комплекс перед универмагом "Беларусь". Со станцией метро "Партизанская" и подземными переходами под ул. Жилуновича и партизанским проспектом комплекс будет связан также подземными переходами. Финансирует работы "Ареса-Сервис", она же является владельцем строящегося комплекса. Покупатель для помещений над самой станцией еще не найден.

После завершения строительства город будет располагать значительным торговым комплексом. Его образуют сама станция, как транспортная система, гостиница "Турист", универмаг "Беларусь" и подземные торговые площади.

Подобный более масштабный проект был подготовлен для привокзальной площади. По замыслу проектировщиков под ней должен был располагаться подземный этаж с камерами хранения, кафе и прочими обслуживающими службами. Здесь же хотели оборудовать подземные автостоянки и стоянки такси. Пассажиры могли бы, не поднимаясь на поверхность, покинуть здание вокзала. Строительство этого привокзального комплекса отложено из-за нехватки финансирования.

Легче обстоит дело с созданием и расширением вспомогательных мест в подземных переходах. Коммерческие организации быстро оценили возможности и выгоды попутной торговли. Здесь налицо одно из преимуществ подземного пространства. В подземных переходах не так страшны мороз и жара. Покупателю и продавцу нет дела до идущих на поверхности дождей или метелей.

Основываясь на этих преимуществах, построен развитый пешеходный переход на выходе со станции "Пушкинская". Кроме прочих торговых точек здесь расположилась и аптека.

Совмещение развитых подземных переходов с созданием подземных этажей над станциями будет продолжено. Подобный опыт используют при строительстве станций на продолжении первой очереди метро в Уручье. Таким же образом проектируются станция "Каменная горка" в микрорайоне Запад и станция "Могилевская" в микрорайоне улицы Ангарская.

Метростроители уже освоили центр города с его плотной исторической застройкой. Теперь очередь жилых микрорайонов. Особый интерес проектировщиков вызывает техническая зона метрополитена. Это площадь полосой в 40 метров от оси каждого туннеля. По существующим правилам в этих пределах запрещено какое-либо строительство в момент ведения подземных работ. В новых жилых кварталах более свободно, чем в центре города.

Эти обстоятельства позволяют создавать развитую подземную инфраструктуру. Здесь предполагается строительство подземных гаражей и автостоянок. Одновременно под землю можно опустить сооружения вспомогательного характера и склады. Технические возможности позволяют вести подобное строительство - вопрос упирается в возможности финансирования.

Тенденции в мировом градостроительном опыте свидетельствуют в пользу развития подземной инфраструктуры. Она обеспечивает возможности кардинальных архитектурных решений, предоставляющих дополнительные удобства жителям городов.

Ошибки при строительстве подземных сооружений значительно труднее исправить. Следует учитывать, что в каждом конкретном случае освоение подземного пространства ведется с учетом местных условий, существующего опыта и потребностей города. Одновременно развиваются производственный и технологический потенциалы. Использование последних научно-технических достижений может привести к значительному развитию этой области градостроительства.

Виктор ОСАДЧИЙ

Освоение подземного пространства

Целенаправленное использование подземного пространства городов имеет многовековую историю. Под землей предки располагали оборонительные и культовые сооружения, галереи тайных переходов, хранилища и жилье. Ниже поверхности земли особенно активно стали строить с развитием систем инженерного обеспечения. Трудно перечислить, что спрятано там в современном городе. Однако все подземные сооружения можно объединить в пять групп.

Сети и оборудование инженерного обеспечения городской застройки относят к первой группе. Водопроводящие системы являются самыми распространенными. К ним причисляют инфраструктуры холодного и горячего водоснабжения, а также водоотведения: бытовой, ливневой и промышленной канализации.

В пределах городской застройки размещают не только трубопроводы сетей, но и оборудование. Очень часто его устанавливают в подземных сооружениях. Заглубляют под землю смотровые помещения, насосные и станции перекачки, котельные, бойлерные и тепловые пункты.

Под землей прокладывают системы паро- и газопроводов, снабженные специальным оборудованием, которое нередко прячут под землей. При необходимости строят резервуары для воды, других жидкостей и сжатых газов.

В инженерном хозяйстве городов особое место занимают системы электроснабжения и коммуникации электронной связи. Как правило, электроэнергию и потенциал слабых токов передают по металлическим или оптиковолоконным кабелям. Вместе с оборудованием трансформаторных, релейных, телефонных и ретрансляционных станций их тоже заглубляют в землю.

В результате технического прогресса инженерные системы обновляются, получают дальнейшее развитие. Сегодня трудно предсказать, какое новое оборудование подарит городам XXI в. Например, уже сейчас существуют локальные системы пневмотранспорта твердых отходов. Они пока действуют в пределах квартала или жилой группы, перемещают мусор к накопительно-сортировочным и упаковочным станциям. Может быть, в дальнейшем через такие системы отходы будут транспортировать к мусороперерабатывающим заводам.

Объекты промышленности, технического, бытового и складского назначения часто размещают под землей. Существуют целые подземные заводы оборонного значения. Заглубляют отдельные цеха и лаборатории, которые нужно защитить от пыли и шума. Или наоборот, предотвратить засорения окружающей среды от производственных источников (например радиации).

Рис. 5.14. Подземные торгово-пешеходные улицы:
а - продольный разрез по сооружению в г. Норсбруке (США); б - то же, в г. Эдинбурге (Англия)

В целях экономии городских территорий под землей создают такие предприятия бытового обслуживания, как прачечные и химчистки. Там же размещают склады. В городах широко распространены овощехранилища, холодильники, склады горюче-смазочных материалов, водо- и газохранилища.

Культурно-зрелищные учреждения, торговля и общественное питание являются наиболее притягательными для населения. Подземное пространство достаточно удобно для размещения учрежцений этой группы. В помещениях эпизодического обслуживания отсутствие дневного света допустимо, поскольку не предусмотрено постоянное пребывание в них людей. Но при выборе проектного решения, как правило, рассматривают альтернативу: строить под землей или на поверхности.

Строительство подземных сооружений сопряжено с серьезными инвестициями, значительно превышающими капитальные вложения в наземные объекты. Однако завышение стоимости подземного строительства может быть экономически оправдано, и прежде всего, на плотно застроенных территориях центра города, где земля очень дорога. Кроме того в земле требуется меньше энергии для обогрева помещений в холодный период года, что может привести к сокращению эксплуатационных затрат.

Под землей строят целые пешеходно-торговые улицы значительной протяженности. Как правило, галереи размещают в нескольких уровнях. На рис. 5.14, а показан разрез такой структуры. Здесь горожане движутся вдоль сдаваемых в аренду торговых помещений прямыми путями от одного уровня к другому. Для перехода на галереи другого уровня устроены лестницы и пандусы, но имеются и пристенные декоративно оформленные лифты.

Эспланады освещают искусственно. Однако ядро, высота которого достигает двух ярусов, получает и естественное освещение. Это позволило использовать в интерьере натуральные зеленые насаждения.

Разрез другого линейного сооружения, построенного под открытым рынком, показан на рис. 5.14, б. В нем интересно обыграно сочетание старых зданий с новыми объемами. Вместо пандусов и лифтов использованы эскалаторы. Хотя покрытие имеет световые фонари, оно успешно используется как территория рынка.

Рис. 5.15 Компактный подземный центр в г. Миннеаполисе (США), разрез по центральной части

Рис. 5. 16. Подземный торгово-рекреационный комплекс на Манежной площади в Москве (авторский коллектив под руководством архит. М.М. Посохина):
а -разрез; б - план; 1 - вход из вестибюля станции метро; 2-то же, с поверхности площади

Ввод в эксплуатацию торгово-пешеходного молла повысил привлекательность наземных магазинов и торговых павильонов.

В практике градостроительства имеет место устройство компактных моллов. Разрез одного из них изображен на рис. 5.15. Сооружение представляет трехуровневую систему, два из которых являются рабочими, а нижний используется как складской. Он снабжен рампами для грузового транспорта с товарами.

Рис. 5.17. Подземная транспортная магистраль в сложившейся застройке:
а - проложенная под зданиями; б-то же, под прогулочной эспланадой; 1 - стальные трубы с монолитным железобетонным сердечником, уложенные методом продавливания; 2 - вертикальные конструкции, выполненные методом «стена в грунте»; 3 - габариты существующих фундаментов; 4 - анкерные крепления кустами свай; 5 - подпорная стена набережной; 6-дренирующий слой; 7-коллектор для коммуникаций; 8 - дополнительно заглубленные фундаменты

Центральный дворик прямоугольной формы, несколько вытянутый между двумя рядами магазинов, имеет одну особенность. Его легкая стальная крыша приподнята над покрытием этих магазинов, что создает возможность осветить помещения естественным светом через фонари.

Аналогичные моллы имеются в России. Так, на одной из центральных площадей Москвы в конце XIX в. построен двухуровневый торгово-рекреаци-онный комплекс, показанный на рис. 5.16. В нем размещены два крупных универмага и магазины розничной торговли. Включены и учреждения питания: ресторан, кафе и бар. Не забыты объекты культуры. Оборудован археологический музей «Исторический театр».

В комплексе удачно решены связи с наземным и внеуличным транспортом. Входы со станции метрополитена объединены с переходом, ведущим к входам в торговые помещения. Предусмотрен подземный гараж на 370 автомашин.

На покрытии верхнего яруса организована озелененная рекреационная зона. Она объединена со старейшим зеленым массивом Москвы -Александровским садом. Река Неглинка частично освобождена из коллектора, что позволило дополнить парковый комплекс еще одним декоративным элементом - водными поверхностями.

Рис. 5.18. Проект реконструкции Тверской улицы в Москве. Фрагмент разреза с использованием подземного пространства под проезжую часть и для размещения стоянок (Мастерская №2 Моспроекта-2)

Многие весьма разнообразные сооружения дорожно-транспортной группы убирают под землю, преследуя две цели. Во-первых, сократить пагубное влияние шума на городскую среду, во-вторых, достичь экономии площадей, занятых транспортными коммуникациями.

Движение транспорта на пересечениях улиц и перегонах между перекрестками организовывают, строя эстакады и тоннели. Рассмотрим методы устройства подземных сооружений. На перегонах проезды прокладывают под землей в определенных случаях. Например, когда на плотно застроенной территории спрямляют трассу или сквозь застройку пробивают новую скоростную магистраль. На рис. 5.17, а показан один из вариантов устройства тоннеля в охранной зоне историко-архитектурной среды города.

Он несет двоякую функцию. С одной стороны, в его пределах объединено разностороннее движение транспорта, которое осуществляется по двум параллельным улицам, изображенным пунктиром внизу на плане. С другой - тоннель является пересечением в двух уровнях с улицей городского значения, перпендикулярной ему.

Здесь интересна интерпретация способа «стена в грунте». Боковые стены тоннеля нельзя было выполнить, традиционно установив оборудование сверху. Поэтому их возводили горизонтальной проходкой, нагнетая раствор водовоз-душным способом. Покрытия штольни выполнили способом продавливания стальных труб с последующим устройством в них железобетонного сердечника.

Другой пример-, иллюстрируемый рис. 5.17, б, более прост, поскольку его осуществляли на свободной от зданий трассе. Сквозное движение переведено под землю, что позволило на месте проезжей части набережной реки устроить прогулочную эспланаду, одновременно сократив воздействие транспортного шума на прилегающую застройку.

Рис 5.19. Подземные гаражи:
а - скатно-винтового типа; б-то же, роторного с вращающейся вокруг вертикальной оси кабиной лифта- в - с подъемником конвейером-монорельсом; 1 - машинное отделение подъемника; 2 - кабина подъемника; 3устанавливаемая автомашина; 4 - монорельс конвейера; 5 - передвигающаяся по монорельсу платформа для автомашин

Авторы не рассматривают другие виды пересечений в двух уровнях, оборудованные подземными сооружениями. Эти вопросы достаточно полно рассмотрены в специальной литературе по организации движения.
Одной из серьезнейших транспортных проблем городов России является проблема хранения индивидуального автотранспорта. В прошлые времена ей не уделяли должного внимания. Градостроители предполагали, что машиностроительная промышленность страны не может обеспечить спрос на автомашины.

Рис. 5.20. Полуподземные стоянки-гаражи:
а - врезанная в холм; б - во дворе, совмещенная с подземным проездом для загрузки товаров в магазины (въезды в подземное пространство с торцов); в - во дворе-«колодце», перекрытом на уровне пола второго этажа и с использованием габарита здания; г - то же, но под частью двора; 1 -воздушные вытяжки из гаража; 2 - газонепроницаемое перекрытие; 3 - поверхность срезаемого холма; 4 - проезд в магазины; 5 - пандус (стрелками показаны въезды в гараж)

В проекты новых городских образований закладывались решения с минимальным по международным стандартам количеством автостоянок. При реконструкции старозастроенных территорий их практически не предусматривали за неимением свободных площадей внутри кварталов. В результате улицы, переулки и дворы крупных городов оказались заполненными отстаивающимися машинами.

В пределах старой застройки смягчить описываемое явление можно путем строительства подземных стоянок. Временные стоянки необходимо строить одновременно с административными зданиями и торгово-рекреационными комплексами. Иногда совмещать с торговыми сооружениями, размещая в специально выделенных ярусах торгово-пешеходных улиц. Одно из таких решений показано на рис. 5.18. На фрагменте видно, как решены стоянки в нижних ярусах подземного сооружения под Тверской улицей в Москве.

В пределах дворового пространства кварталов строят многоэтажные стоянки (рис. 5.19). Как правило, они должны быть компактными и не занимать большие площади. Поэтому рамповые въезды на ярусы многоместных стоянок, типа изображенных на рис. 5.19, д, делают редко. Чаще рампы заменяют лифтами-подъемниками (рис. 5.19, б и в).

Многоэтажные многоместные стоянки являются сложными инженерными сооружениями, возведение которых может растянуться на годы. В условиях функционирующей жилой застройки такое строительство не всегда осуществимо, поэтому во всем мире при реконструкции жилых кварталов прибегают к решениям, показанным на рис. 5.20. В одном случае используют рельеф местности (схема а и в), в другом -совмещают с подъездами в складские зоны магазинов (схема б), в третьем -устраивают короткие рампы (схема г).

Частичное размещение стоянки в габаритах здания рационально, если оно построено по двух- и трехпролетной схемам, но с внутренними опорами в виде колонн. Приспособление подвалов домов с внутренними стенами нерационально, поскольку требует больших затрат на пробивку и усиление проемов или замену стен на столбы.

Освоение подземного пространства городов

Использование подземного пространства для размещения различных по на­значению инженерных сооружений является принципиально новой проблемой не только в градостроительстве, но и в области инженерной геологии. Необходи­мость освоения подземного пространства тесно связана с проблемой эффектив­ного использования свободной городской территории, которая последние годы стала особенно актуальна. Особенное значение эта проблема приобретает для крупных городов, в которых освоение подземного пространства будет способство­вать созданию наиболее компактных городских структур, обеспечивающих мак­симальный комфорт для жизнедеятельности человека. Традиционная городская застройка, осуществляемая в настоящее время почти полностью на поверхности земли, приводит к неоправданному разрастанию городов вширь, порождает транс­портные, трудовые, хозяйственно-бытовые и другие неудобства для населения.

Вместе с тем существует большая группа зданий и сооружений, которые по своему функциональному назначению могут быть успешно размещены в подзем-

ном пространстве. К номенклатуре подобных зданий и сооружений относятся здания культурно-бытового назначения, гаражи, телефонные, тепловые и элект­рические станции, складские помещения и хранилища, транспортные коммуни­кации и многие другие инженерные сооружения, занимающие в настоящее время большую площадь ценных городских территорий. Размещение этих сооружений в подземных объемах города позволит значительно приблизить их к сферам оби­тания и приложения труда человека, высвободит часть городских территорий для создания дополнительных зон рекреации и озеленения. Осуществление назван­ных мероприятий будет способствовать улучшению архитектурно-планировоч­ных решений и одновременно созданию качественно новой городской среды, со­ответствующей более полному удовлетворению эстетических, бытовых и произ­водственных потребностей городского населения.

Использование подземного пространства ставит перед инженерной геологией необходимость решения целого ряда специальных теоретических и методических вопросов при проектирования подземных зданий и сооружений.

Инженерно-геологические исследования для обоснования подземного строи­тельства и разработка прогнозов взаимодействия геологической среды с подзем­ными сооружениями должны осуществляться в трех аспектах:

Изучение инженерно-геологических и гидрогеологических условий и их из­менений в плане и по глубине применительно к подземному строительству;

Изучение влияния подземного строительства на изменение природных ин­женерно-геологических и гидрогеологических условий и прогнозирование воз­можности и степени развития неблагоприятных инженерно-геологических про­цессов и явлений;

Изучение шшяния инженерно-геологических и гидрогеологических условий, а также возможных неблагоприятных инженерно-геологических процессов на подземные и наземные здания и сооружения и выработка технических мероприя­тий по их защите.

Строительство подземных сооружений вызывает в большинстве случаев зна­чительное изменение природных инженерно-геологических и гидрогеологиче­ских условий. Оно начинается с момента производства строительных работ и продолжается в результате взаимодействия геологической среды и подземных со­оружений в процессе их эксплуатации. Характер и интенсивность изменений гео­логической среды определяются многими факторами, из которых наиболее важ­ными являются: геологическое строение и гидрогеологические условия, литоло-гический состав и физико-механические свойства пород, способ производства строительных работ, глубина заложения сооружений и их конструктивные осо­бенности.

Изучение изменений геологической среды в связи с подземным строитель­ством, их долгосрочное прогнозирование имеют исключительно важное значе­ние. Знание возникающих в результате подземного строительства инженерно-гео-

логических процессов и явлений необходимо не только для правильного проекти­рования, строительства и надежной эксплуатации сооружений, но также для про­гнозирования нежелательных физико-геологических процессов и явлений, кото­рые могут происходить на поверхности земли в пределах существующей город­ской застройки и благоустройства.

В процессе производства подземных строительных работ, сопровождающих­ся выемкой тем или иным способом определенного объема пород, вокруг горных выработок формируются зоны нарушения и сдвижения, в пределах которых по­роды приобретают новые физико-механические свойства и качественные состоя­ния. Эти изменения вызываются нарушением природного напряженного состоя­ния пород и их подвижками в зонах, примыкающих к горным выработкам. При этом формируется комплекс новых геодинамических процессов и явлений, среди которых наибольшее развитие получают: сдвижение и разуплотнение пород, раз­рушение и потеря связности, расслоение и пластические деформации, выжима­ние и разрывы сплошности. Подобные процессы приводят, как правило, к значи­тельному ухудшению строительных свойств пород и их устойчивости, вызываю­щему необходимость выполнения специальных предупредительных мероприятий (техническая мелиорация, устройство шпунтовых ограждений, крепежных при­способлений и т.д.).

Степень развития этих процессов определяется многими факторами: физико-механическими свойствами и состоянием пород, их обводненностью, применяе­мыми способами водопонижения, подземным строительством, соблюдением тех­нологии работ, объемом подземных выемок.

Особую опасность при осуществлении подземного строительства представ­ляют отступления от технологии работ, внезапные прорывы вод, плывунов и га­зов, приводящие к возникновению аварийных ситуаций не только в подземных выработках, но и в наземных зданиях и сооружениях. В практике известны при­меры, когда подобные явления вызывали потерю устойчивости больших масси­вов пород, их подвижка принимала лавинообразный характер и достигала повер­хности земли. Вместе с тем стабилизация этих подвижек может происходить дли­тельное время и оказывать постоянное воздействие на существующие подземные и особенно наземные здания и сооружения.

Искусственное снижение уровня подземных вод, являющееся непременным условием эффективного производства подземных строительных работ, оказывает значительное влияние на наземные строения и подземные инженерные коммуни­кации. Вызываемое им уплотнение грунтов, преимущественно водоносных, сжи­маемых, может приводить к возникновению дополнительных и неравномерных осадок зданий и сооружений и развитию в них недопустимых деформационных повреждений. Поэтому с началом производства подземных строительных работ необходимо устанавливать систематические визуальные и инструментальные гео­дезические наблюдения за существующими наземными зданиями, сооружения-

ми, подземными коммуникациями и окружающей территорией. Необходимость таких наблюдений вызывается как осадкой зданий и сооружений в связи с пони­жением уровня подземных вод, так и образованием ранее рассмотренных зон подвижек пород в процессе проходки горных выработок.

К значительному изменению природных инженерно-геологических и гидро­геологических условий приводит не только влияние подземных строительных работ, но и возникновение отрицательных инженерно-геологических процессов и явлений. Сами подземные сооружения, взаимодействуя с окружающей геологи­ческой средой, могут служить причиной появления новых субтерральных про­цессов. Например, окончание подземных строительных работ, а вместе с ним и водопонижение приводит к восстановлению прежнего гидродинамического ре­жима подземных вод. Однако выстроенные подземные сооружения препятствуют стоку подземных вод, образуя значительный подпор. Это вызывает не только по­вышение уровня подземных вод и вследствие этого изменения физико-механи­ческих свойств пород, но также значительные изменения скоростей их фильтра­ции. Повышение уровня подземных вод может оказывать значительное влияние на устойчивость оснований наземных строений и окружающих территорий, яв­ляется причиной подтопления подвалов и аварий подземных инженерных сетей. Увеличение скоростей фильтрации при определенных геолого-литологических условиях может явиться причиной появления процессов суффозии, активного выщелачивания и других, которые будут ухудшать условия эксплуатации назем­ных и подземных инженерных сооружений.

Активное использование подземного пространства, открывающее широкие перспективы в области реализации важных градостроительных задач, требует от инженерной геологии разработки качественного и своевременного инженерно-геологического обоснования.

Подземное пространство недр

"...1. Подземным пространством признается часть недр, используемая в качестве среды для пребывания людей, размещения объектов производственной, научной и иной деятельности, а также используемая в качестве среды для протекания имеющих практическое применение процессов.

2. Объектами подземного пространства могут быть естественные или искусственно созданные полости недр, а также иные участки недр, пригодные для использования в целях, указанных в пункте 1 настоящей статьи.

3. Не признаются составной частью подземного пространства участка недр находящиеся в пределах этого участка иные ресурсы недр, в том числе и энергия.

4. К подземному пространству не относятся естественные полости, которые полностью заполнены твердыми, жидкими, газообразными веществами и (или) их смесями, находящимися в естественном (природном) состоянии..."

Источник:

"МОДЕЛЬНЫЙ КОДЕКС О НЕДРАХ И НЕДРОПОЛЬЗОВАНИИ ДЛЯ ГОСУДАРСТВ-УЧАСТНИКОВ СНГ"

Официальная терминология . Академик.ру . 2012 .

Смотреть что такое "Подземное пространство недр" в других словарях:

Недра - (Subsoil) Недра, часть земной коры Понятие и состав фонда недр, право пользования недрами Содержание Содержание Раздел 1. Понятие, объекты и субъекты права пользования. — это часть земной коры, расположенная ниже почвенного слоя, а при его … Энциклопедия инвестора

Государственная собственность на недра - 1) (для целей Конституции Российской Федерации) форма собственности на землю и другие природные ресурсы; 2) (для целей Закона Российской Федерации О недрах) форма собственности на недра, объектами которой являются: а) недра в границах территории … Экологическое право России: словарь юридических терминов

Недра - являются частью земной коры, расположенной ниже почвенного слоя, а при его отсутствии ниже земной поверхности и дна водоемов и водотоков, простирающейся до глубин, доступных для геологического изучения и освоения. Н. в границах территории… … Большой юридический словарь

Центральная Америка - (Central America) Сведения о Центральной Америке, история и география Центральной Америки Сведения о Центральной Америке, история и география Центральной Америки, политика и экономика Содержание Содержание 1. География Берега Рельеф Геологическое … Энциклопедия инвестора

Подземные сооружения - (a. underground structures; н. unterirdische Bauwerke; ф. ouvrages souterrains; и. instalaciones subterraneas) объекты пром., c. x., культурного, оборонного и коммунального назначения, создаваемые в массивах горн. пород под дневной… … Геологическая энциклопедия

Подземная лодка - У этого термина существуют и другие значения, см. Подземная лодка (значения) … Википедия

ТЕРРИТОРИЯ МУНИЦИПАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ - земли городских, сельских поселений, прилегающие к ним земли общего пользования и другие земли в границах муниципального образования независимо от форм собственности. Соответственно местное самоуправление осуществляется в городских, сельских… … Энциклопедический словарь «Конституционное право России»