Формирование транспортной сети города, в основном, определяется его историческим развитием. В зависимости от начертания магистрально-уличной сети выделяют следующие планировочные схемы городов:
— радиальная (рис. 2.7 а). Эта схема характерна для старых городов, развитие которых начиналось в местах пересечения важных торговых путей. Данная схема обеспечивает кратчайшую связь периферийных районов с городским центром, но, в тоже время, затрудняет сообщение отдалённых периферийных районов друг с другом. Это приводит к перегруженности транспортом центрального ядра города;
— радиально-кольцевая (рис. 2.7, в) схема развивалась в старых городах, находящихся на пересечении важных торговых путей и имевших системы кольцевых укреплений вокруг центра. Эта схема обеспечивает достаточно удобную связь отдалённых районов
города с центром — по радиальным направлениям и между собой — по кольцевым направлениям. Тем не менее, радиальные направления, по сравнению с круговыми, оказываются перегруженными пассажирскими и транспортными потоками, что также приводит к перенасыщению центра города транспортом;
— прямоугольно-диагональная (рис. 2.7, б) — характерна для многих старых городов с плановым развитием относительно исторического центра. Обладает теми же достоинствами и недостатками, что и радиально-кольцевая схема, но при этом характеризуется более равномерным распределением транспортных и пассажирских потоков по территории города;
— веерная (рис. 2.7, г) — аналогична радиально-кольцевой, обычно характерна для городов, расположенных на побережье;
— прямоугольная (рис. 2.7, д) схема характерна для современных городов с плановым развитием. Её особенностью является отсутствие строго выраженного центра и равномерное распределение пассажирских и транспортных потоков по всем районам;
— свободная (рис. 2.7, е) схема встречается в некоторых старых европейских и азиатских городах, сохраняет средневековую планировку и отличается достаточно сложными транспортными связями между районами.
Улично-дорожная сеть городов проектируется в виде непрерывной системы с учётом функционального назначения улиц и дорог, интенсивности транспортного и пешеходного движения, архитектурных и градостроительных решений территории.
Рис. 2.7. Основные схемы городских транспортных сетей: а — радиальная, б — прямоугольно-диагональная, в — радиально-кольцевая, г — веерная, Э — прямоугольная, е — свободная
В крупных городах с радиальной, радиально-кольцевой и прямоугольно-диагональной улично-дорожными сетями стараются максимально сократить объёмы движения наземного транспорта через территорию исторического ядра общегородского центра путём устройства обходных магистральных улиц, а также протяжённых автотранспортных тоннелей глубокого заложения (подземных автомагистралей) под центром города.
На пересечениях магистральных улиц и дорог общегородского значения устраивают полные и неполные развязки в разных уровнях*. Для этого могут использоваться автодорожные и пешеходные тоннели.
В настоящее время всё большее внимание в планировке и застройке крупных городов и городов-мегаполисов отдаётся вопросам комплексного освоения и использования подземного пространства, что позволяет оказать влияние на городскую среду, рациональное использование территории, развитие городских транспортных и инженерных систем, жилой и нежилой застройки и других элементов современного городского хозяйства.
Комплексное освоение и использование подземного пространства — это размещение под землёй групп объектов и сооружений, в основном предназначенных для решения следующих проблем: пропуска транспорта и прокладки инженерных коммуникаций, временного и постоянного хранения автотранспорта, объектов инженерного и коммунального обслуживания города, предприятий торговли и т.п. Концепция комплексного освоения подземного пространства подразумевает создание единой взаимосвязанной пространственной системы надземных, наземных и подземных объектов, что позволяет более рационально использовать городскую территорию для размещения различных функцио-
нальных зон и наиболее оптимально организовать транспортную систему, связывающую эти зоны. Такие решения улучшают условия проживания и передвижения людей путём разобщения транспортных и пешеходных потоков, изолируют пешеходов от шума и загрязненного воздуха, повышают уровень культурно-бытового обслуживания населения.
Комплексное использование подземного пространства позволяет сконцентрировать объекты обслуживания населения в тех местах, где не хватает участков для сооружения новых наземных комплексов и там, где необходимо свести к минимуму все переходы, заменить протяжённые горизонтальные связи более короткими вертикальными. Все это позволяет значительно экономить время людей и более рационально использовать городскую территорию.
В соответствии с этим, подземное пространство должно быть предназначено для размещения транспортных систем, вспомогательных помещений, складов, части промышленных и обслуживающих предприятий, в то время как дневная поверхность предназначается для быта и отдыха горожан.
Нередко основой подземной инфраструктуры современного города становится транспортная сеть, и, в первую очередь, система линий метрополитена, увязанная со всеми районами города, остановками всех видов городского и пригородного наземного транспорта, зонами отдыха и культурно-бытового обслуживания населения. Подземные объекты различного назначения могут быть размещены:
по трассе линий метрополитена — над и под перегонными тоннелями и рядом с ними, а также в неиспользуемых при эксплуатации вспомогательных выработках строительного периода: камерах, шахтных стволах, руддворах и т.п.;
в подземных и наземных вестибюлях станций и пересадочных узлов;
в составе многоярусных подземных комплексов.
При проектировании и строительстве перегонных тоннелей метрополитена мелкого заложения вдоль наземных автомагистралей пространство над тоннелями можно использовать для размещения пешеходных и автотранспортных тоннелей, гаражей и автостоянок, предприятий торговли и бытового обслуживания населения.
В качестве примеров комплексного использования подземного пространства могут служить: ТРК «Охотный ряд», комплекс подземных сооружений на Поклонной горе, подземные объекты под зданиями бывшего СЭВ, под высотными зданиями на площадях Восстания и Лермонтовской, а также Котельнической набережной, под гостиничными комплексами «Космос», «Салют», «Измайлово», в Олимпийской деревне, в районе Чертаново, под Комсомольской площадью, под Павелецким и Курским вокзалами в Москве, под улицей Баумана в Казани. Развитая сеть подземных сооружений устроена под гостиницей «Россия». Она включает в себя тоннели для обслуживающего грузового транспорта, склады, холодильники, кухни, заготовочные, гаражи, системы водоснабжения, отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха, централизованного пылеудаления, столовые для персонала, кинотеатр и бассейн.
Несколько подземных уровней имеет Кремлёвский Дворец съездов, включая зрительный зал, вестибюль, гардеробные, отдельные фойе. Многие специалисты отмечают чрезвычайно удачное решение интерьеров и оборудования подземных помещений, благодаря которому полностью отсутствует ощущение пребывания под землёй.
Комплекс подземных сооружений входит в градостроительный ансамбль на проспекте Новый Арбат. Под южной стороной проспекта размещен ряд технических, подсобно-вспомогательных и складских помещений, сопутствующих предприятиям торговли, общественного питания и бытового обслуживания. Кроме этого, в первом подземном уровне расположен банкетный зал ресторана «Арбат», пивной бар, демонстрационные залы Дома Одежды. Все эти сооружения обслуживаются автотранспортным тоннелем протяжённостью около 800 м, проходящим под всей южной стороной проспекта. Под зелёной полосой запроектирована трёхъярусная подземная автостоянка.
Под высотным зданием на Лермонтовской площади, кроме станции метро «Красные Ворота», расположены: подземная автостоянка, разгрузочные дворы нескольких магазинов и некоторые другие подземные сооружения. Аналогичные подземные комплексы имеются под многими крупными торговыми центрами Москвы.
В настоящее время разработана концепция реконструкции Китайгородской стены и освоения подземного пространства под Старой и Новой площадями в Москве (рис. 2.139). В контексте общего градостроительного решения данной территории предлагается строительство многофункционального подземного комплекса с внутренней стороны стены, включающего 4—5-ти ярусные подземные автостоянки с шестиполосной проезжей частью над ними. Предполагается снять культурный слой до исторической дневной поверхности вдоль стены и по всему ее фронту провести подземную галерею со светопрозрачным покрытием, соединяющую вестибюли станций метро «Китай-город» и «Лубянка».
Рис. 2.139. Использование подземного пространства вдоль Китайгородской стены. Проект
Между галереей и автостоянками предусмотрено строительство торгово-обслуживающего комплекса. Аналогичную подземную галерею шириной 4—5 м планируется провести с внутренней стороны стены до существующего тротуара. Полученные подземные сооружения должны быть связаны с подземными пространствами 5-го квартала Китай-города (за Большим Черкасским переулком) [Павлов, 1999].
Современными отечественными и зарубежными архитекторами разрабатываются концепции вертикальных городов будущего как новых, экологически благоприятных систем. По данным НИПИ Генплана г. Москвы под землёй может быть размещено до 70% от общего объёма гаражей и автостоянок, до 60% складских помещений, до 50% архивов и хранилищ, до 30% учреждений культурно-бытового обслуживания, до 3% помещений научно-исследовательских институтов и Высших учебных заведений [Дегтярёв, 1998]. Социологические исследования, проведённые в Японии, показывают, что если в 2000 году доля городского населения страны составляла около 70% населения, то уже к 2005 году она составит около 80% [Лернер, Петренко, 1999]. Масштабная урбанизация требует увеличения полезной площади административных помещений на 150% и изменения общей стратегии градостроительства: вместо централизованной схемы застройки с максимальной плотностью наземных и подземных сооружений в центре города предполагается основную часть объёма многоэтажного наземного строительства, с относительно менее плотным подземным, сосредоточить в пригороде, а в центре города организовать зону с густым озеленением и развитой подземной инфраструктурой. Современными градостроительными концепциями предполагается распределение всех городских подземных сооружений по четырём уровням глубины:
— первый уровень (расположенный на максимально возможной глубине): инженерные коммуникации, эксплуатируемые без постоянного присутствия человека;
— второй уровень: предприятия промышленности и энергетики с постоянным присутствием ограниченного количества квалифицированного персонала;
— третий уровень: транспортные тоннели, гаражи и автостоянки, подсобно-складские помещения, разгрузочные дворы, слу-
жебные коммуникации и т.п. сооружения, кратковременно используемые неограниченным количеством людей;
— четвёртый уровень (предповерхностный): пешеходные зоны и тяготеющие к ним учреждения, магазины, культурно-до-суговые центры и др. предприятия торгово-бытового обслуживания населения, постоянно эксплуатируемые и посещаемые неограниченным количеством людей. Подземные пешеходные зоны должны быть полностью изолированы от транспорта.
В связи с этим в Японии разработано несколько проектов городских агломераций. Один из них «Toda Underground Beautiful Environment («Тода — красивая подземная среда») состоит из рассредоточенных восьмидесятиэтажных наземно-подземных зданий—комплексов, заглублённых на 50 м ниже дневной поверхности и соединенных между собой тоннелем, в котором находятся: водохранилище, культурно-спортивное озеленённое рекреационное пространство, инженерные коммуникации, линии малогабаритного метрополитена, автодорожный тоннель. Другой проект «Алиса» предполагает максимальное освобождение дневной поверхности с наземным расположением лишь рассредоточенной малоэтажной жилой и спортивной застройки, разделённой зелёными зонами.
Д. Беннетом (США) предлагается концепция Природной системы, базирующейся на экономии земли и круговороте природных материалов с минимумом трансформаций и возможным использованием энергии в её естественной природной форме. Такая Природная система, по замыслу её автора, представляет собой вертикальный индустриально-сельскохозяйственный город, расположенный как под, так и над землёй, и способный самостоятельно вырабатывать необходимую энергию и перерабатывать собственные отходы. Комплекс должен занимать минимум дневной поверхности, использовать собственные строительные материалы, природные ресурсы и энергию, включать в себя разнообразные природоохранные и энергосберегающие технологии, подземную и небоскрёбную конструкции. Вся эта система должна функционировать в замкнутом цикле, с самостоятельным восполнением ресурсов и без загрязнения окружающей среды.
Несколько подземных ходов проложены на территории Царицынского дворца. Под Большим и Малым дворцами имеются обширные подвалы, соединённые между собой подземным ходом шириной 4,6 м и высотой 3,1 м. На берегу Верхнего Царицынского пруда расположены три декоративных грота, также связанные между собой подземным ходом. Существуют также ходы, идущие непосредственно под прудом: ход, связывающий ротонду на берегу пруда с Островом Русалок, и ход, идущий от Фигурного моста к центральному острову Верхнего пруда (рис. 1.20)**.
Часть из ранее построенных подземных помещений была забыта и потеряна. Некоторые из них случайно обнаруживаются при проведении ремонтно-строительных и восстановительных работ. В качестве примера можно привести церковь Воскрешения Лазаря в подклете*** церкви Рождества Богородицы в Кремле. Церковь Воскрешения Лазаря была построена в 1393—94 годах. В ходе многочисленных перестроек, вероятно в конце XVII в., подклет церкви был заложен и забыт. Обнаружили его в
* Гиляровский В.А. Сочинения в 4-х тт. — М.: Правда, 1989.
** Сергеев И.Н. Царицыно. Страницы истории: Путеводитель. — М.: Издательство МГАП «Мир книги», 1993.
*** Подклетом в древнерусской архитектуре называлась цокольная часть здания.
Рис. 1.20. Схемы подземных ходов под Верхним Царицынским прудом
середине девятнадцатого столетия, когда во время строительства Большого Кремлёвского Дворца при постройке лестницы понадобилось проломить одну из стен. «…Церковь эта — единственный уцелевший до наших времён памятник московского зодчества XIV в. — была не только упразднена, но и застроена со всех сторон каменными стенами наглухо до того, что все забыли о ней. Ничего не известно, почему и когда это случилось: летописи молчат о церкви в продолжение 200 лет. В 1842 году, при исправлении нижнего этажа терема, отвалена была одна стена, за которой, к удивлению, нашли древние мраморные своды, поддерживаемые двумя толстыми столпами, отделение алтаря с тремя узкими окнами в полукружии горнего места, с престолом и жертвенником, сделанным из тяжеловесного кирпича. По повелению Государя императора Николая Павловича храм был восстановлен в том
Рис. 1.21. Церковь Воскрешения Лазаря в Кремле после реконструкции в XIX в. (с гравюры XIX в.) и в 1973 году
самом виде, в каком он был сооружён за 450 лет»*. В настоящее время росписи храма не сохранились, доступа в него для посетителей нет (рис. 1.21).
Другой пример связан с Троицкой башней Кремля. В 1851 году после сильного ливня в проезде ворот башни образовался провал, в который ушла вода. Обследование, проведённое в 1895—1896 годах, обнаружило под проездом две двухъярусные палаты, нижние из которых представляли собой «каменные мешки» с узкими верхними отверстиями. От палат шёл подземный ход в расположенный поблизости Судебный Приказ. Считается, что обнаруженные палаты представляли собой тюрьму. В летописи упоминается, что 19 декабря 1543 года девятнадцатилетний Иван Грозный приказал схватить боярина Андрея Шуйского и передать его псарям, которые отволокли боярина «к тюрьмам» и убили напротив Ризположенских ворот**.
Приблизительно в 1900 году при ремонте одного из соборов Чудова монастыря в Кремле был обнаружен замурованный ранее нижний подвал, который, как предполагается, использовался в
* Кондратьев И.К. Московский Кремль, святыни и достопримечательности. — М.: 1910.
Форма поперечного сечения тоннеля зависит от инженерно-геологических условий района строительства и способа ведения работ по его проходке. Существуют следующие формы поперечного сечения тоннелей (рис. 2.2):
1. прямоугольная — для коллекторов и тоннелей мелкого заложения;
2. круговая — для тоннелей, сооружаемых механизированным способом и в сложных инженерно-геологических условиях;
3. сводчатая:
3.1. корытообразная с пологим сводом — для тоннелей в прочных скальных породах с незначительным горным давлением;
3.2. корытообразная с полуциркульным сводом — для тоннелей в скальных породах средней крепости при небольшом вертикальном и отсутствии бокового горного давления;
3.3. коробовая с уширенным основанием, сводом малого радиуса и криволинейными стенками — при большом вертикальном и небольшом боковом горном давлении;
ЗА. подковообразная — в слабых породах при большом вертикальном и горизонтальном горном давлении и при давлении горных пород снизу.
В некоторых случаях, при наличии соответствующего технико-экономического обоснования, возможно изменение перечисленных форм поперечного сечения тоннелей. Формы поперечного сечения виг, вследствие высокой стоимости и сложности проходческих работ применяются достаточно редко.
В крупных камерных выработках могут размещаться машинные залы подземных сооружений энергетики, станции метропо-
Рис. 2.2. Типовые формы поперечных сечений тоннелей:
а — корытообразное с пологим сводом; б — корытообразное с полуциркульным сводом; в — коробовое с уширенным основанием; г — подковообразное; д — круговое с уширенным основанием; е — прямоугольное
литена, различные хранилища, склады, ёмкости, спортивные сооружения, убежища, канализационные, насосные, очистные станции и другие объекты. Существуют следующие формы поперечного сечения камерных выработок:
— корытообразная: с вертикальными стенками и пологим сводом (рис. 2.3, а) используется в плотных и прочных скальных породах, не оказывающих горного давления; с вертикальными стенками и подъёмистым сводом (рис. 2.3, б) — в породах с небольшим горным давлением; с наклонными стенками и пологим или подъёмистым сводом (рис. 2.3, в) — в породах с небольшим горным давлением при несовпадении углов напластования;
Рис. 2.3. Формы поперечного сечения камерных выработок
— коробовая: подковообразная (рис: 2.3, г), используемая в породах, оказывающих вертикальное и боковое горное давление, а также при большом давлении подземных вод; овоидальная (рис. 2.3, д) — если вертикальное горное давление значительно превышает боковое;
— эллиптическая: овальная с горизонтальной (рис. 2.3, е) и вертикальной (рис. 2.3, ж) большой осью — при неглубоком залегании выработки в породах, оказывающих большое горное давление;
— полуциркульная (рис. 2.3, з) и круглая (рис. 2.3, и), используемые при большом горном и наружном гидростатическом давлениях, а также при несимметричном давлении породы;
— несимметричная (рис. 2.3, к) — при одностороннем горном давлении, а также при необходимости размещения эксплуатационного оборудования.
При строительстве гидроузлов широко используются подземные сооружения: гидротехнические тоннели, шахтные турбинные водоводы, уравнительные шахты и резервуары, подземные машинные залы, камеры затворов и трансформаторные, подземные бассейны ГАЭС. В настоящее время в мире построены более 400 подземных ГЭС и ГАЭС. Сравнение стоимости наземных и подземных вариантов показывает, что разница обычно не превышает ± 5^10 % [Мостков, Дмитриев, Рахманинов, 1993], однако подземная компоновка станций имеет следующие преимущества:
— компоновочные: минимальные нарушения природной среды, сокращение длины напорных водоводов, защита сооружений от неблагоприятных природно-климатических и инженерно-геологических явлений и процессов, удешевление эксплуатации;
— конструктивные: облегчение конструкций и снижение удельного расхода бетона за счёт использования несущей способности скального массива;
— технологические: возможность применения единых технологических схем производства работ, не зависящих от климатических условий.
В состав подземных ГЭС и ГАЭС входят*:
Водоприёмник (поверхностный или глубинный). Он представляет собой напорный или безнапорный тоннель переменного сечения, проложенный в бортовом склоне водохранилища и перекрытый на входе затворами и сороудерживающими решётками (рис. 2.94). Площадь поперечного сечения водоприёмника на входе определяется допустимыми скоростями движения воды перед сороудерживающими решётками, по мере заглубления в массив площадь сечения водоприёмника плавно уменьшается до достижения площади сечения деривационного водовода.
Рис. 2.94. Водоприёмники:
а — глубинный; 1 — шахта ремонтных затворов, 2 — дневная поверхность, 3 — аэрационная шахта, 4 — помещения аварийных затворов, 5 — аэрационная труба, 6 — сороудерживающая решётка;
б — поверхностный; 1 — балка—забрало, 2 — паз ремонтных затворов и сороудер-живающих решёток, 3 — аварийно-ремонтный затвор, 4 — подъёмник аварийно-ремонтного затвора, 5 — напорный деривационный тоннель, 6 — аэрационная шахта, 7 — защитная сетка
В компоновках ГАЭС водоприёмники используются в качестве водовыпусков при работе ГАЭС в насосном режиме.
Деривационный тоннель — это протяжённый гидротехнический тоннель, предназначенный для подвода или отвода воды и создания напора на гидроагрегаты. Деривационные тоннели принято подразделять на верховые и низовые: верховые используются для подвода воды к гидроагрегатам ГЭС и ГАЭС и отвода воды в насосном режиме ГАЭС; низовые — для отвода воды в турбинном режиме и подвода ее — в насосном.
При использовании глубинного водоприёмника верховая деривация выполняется напорной и в конце сопрягается с уравнительным резервуаром (рис. 2.95). При использовании поверхностного водоприёмника (рис. 2.96) подводящий тоннель проектируется безнапорным.
Отводящая деривация также может проектироваться как напорной, так и безнапорной (см. рис. 2.95). Выбор типа отводящего тоннеля определяется диапазоном колебания уровня воды в нижнем бьефе гидроузла.
Энергетические водоводы используются для распределения водного потока от подводящего тоннеля к гидроагрегатам (рис. 2,97).
Рис. 2.95. Концевая (а) и промежуточная (б) схемы компоновки подземных ГЭС:
1 — водоприёмник, 2 — подъёмные механизмы, 3(4) — энергетические водоводы, 5 — машинный зал, 6 — помещения затворов, 7 — шинный тоннель, 8 — выходной портал, 9 — низовой деривационный водовод, 10 — шахта затворов, 11 — транспортный тоннель, 12 — пьезометрический уровень, 13 — аэрационная шахта, 14, 15 — верховой и низовой уравнительные резервуары, 16 — верховой деривационный водовод
Рис. 2.96. Деривационная ГЭС с низконапорным головным узлом (а — план, б — разрез):
1 — водосбросная плотина, 2 — водоприёмник с отстойником, 3 — безнапорный деривационный тоннель, 4 — бассейн суточного регулирования, 5 — соединительный канал, 6 — напорный бассейн, 7 — энергетический водовод, 8 — подземный машинный зал, 9 — безнапорный отводящий тоннель
Рис. 2.97. Компоновка энергетических водоводов:
1 — подземный машинный зал, 2 — помещение затворов, 3 — помещение силовых трансформаторов и затворов отсасывающих труб, 4 — галерея шин генераторного напряжения, 5 — энергетические водоводы, 6 — безнапорные отводящие водоводы, 7 — силовой трансформатор, 8 — отсасывающие трубы
Уравнительные резервуары — это шахты, размещаемые как на подводящих, так и на отводящих деривационных водоводах для их защиты от гидравлического удара (рис. 2.98). Уравнительный резервуар заменяет собой предохранительный клапан, снижающий величину гидравлического удара при резком изменении давления в тоннеле. Причиной изменения давления может быть изменение режима работы станции, внезапная остановка турбины, различные нештатные ситуации.
Аэрационные шахты предназначены для подачи воздуха в водоводы в случае их отключения от водоприёмника (см. рис. 2.94, а), для поддержания атмосферного давления на поверхности воды при колебании уровня в уравнительном резервуаре (см. рис. 2.95), для гарантированной работы безнапорного деривационного тоннеля большой протяжённости в безнапорном режиме, для подачи чисто-
Рис. 2.98. Уравнительный резервуар с холостым водосбросом: 1 — деривационный тоннель, 2 — соединительная шахта, 3 — верхняя камера, 4 — сбросной тоннель из уравнительного резервуара, 5 — уравнительный резервуар, 6 — дополнительное гидравлическое сопротивление, 7 — соединительный тоннель
Рис. 2.99. ГАЭС с низовым подземным бассейном: 1 — водоприёмник, 2 — осадочные породы, 3 — граниты, 4 — напорная шахта, 5 — галереи затворов, 6 — подземный бассейн, 7 — ось агрегата, 8 — машинный зал ГАЭС, 9 — камера затворов
го воздуха с поверхности в подземные машинные залы, камеры затворов, трансформаторные и пр.
Подземные низовые бассейны ГАЭС используют для создания необходимого напора и в тех случаях, когда производится отвод воды в открытый бассейн или реку. Нижний подземный бассейн представляет собой крупную камерную выработку пролётом около 20 м и высотой около 30 м, расположенную на значительной глубине (порядка 1—1,2 км) от земной поверхности (рис. 2.99), либо систему протяжённых параллельных безнапорных тоннелей, объединённых общей сборной галереей (рис. 2.100), и рассчитанных на аккумуляцию объёма воды в течение суток при работе ГАЭС в пике графика нагрузки энергосистемы. Кроме параллельных, возможны системы перекрёстных тоннелей и другие компоновочные варианты.
Строительные тоннели предназначаются для пропуска бытовых расходов реки в период строительства гидроэнергетического
Рис. 2 .100. Подземная ГАЭС с низовым резервуаром в виде системы протяжённых безнапорных тоннелей: а — разрез по основным сооружениям, б — план сооружений; 1 — водоприёмник, 2 — напорные энергетические водоводы, 3 — подземный машинный зал, 4 — вентиляционная и шинно-кабельная шахта, 5 — вентиляционная шахта нижнего резервуара, 6 — затворы отсасывающих труб, 7 — подземный нижний резервуар, 8 — транспортный тоннель, 9 — открытое распределительное устройство, 10, 11— подходные тоннели, 12 — отсасывающие трубы, 13 — здание вентиляторов, 14 — вентиляционный тоннель, 15 — вход в подходной тоннель
комплекса. Они могут проектироваться как временные, только на период строительства, так и постоянные — по окончании строительства они используются для пропуска паводка. В этом случае, после полного или частичного завершения строительства, часть строительного тоннеля включают в постоянный эксплуатационный водосброс гидроузла. Для этого напорный участок строительного тоннеля отсекают бетонной пробкой, устраивают постоянный водозабор, соединённый наклонным тоннелем с постоянным водосбросом. Начальный участок строительного тоннеля затапливается при заполнении водохранилища и в дальнейшем не используется.
Подземный машинный зал предназначается для размещения и обслуживания основного гидросилового оборудования (гидротурбин, генераторов, повышающих трансформаторов) (рис 2.101).
Размеры подземных машинных залов ГЭС и ГАЭС определяются размерами основного гидросилового и гидромеханического оборудования. Существенное влияние на габариты подземных машинных залов оказывают инженерно-геологические условия района строительства: в неблагоприятных условиях проектировщики вынуждены уменьшать пролёт выработки, что, в свою очередь, ведёт к изменению мощности и размеров основного энергетического оборудования или к увеличению числа агрегатов при заданной установленной мощности станции.
Кроме инженерно-геологических условий, на габариты под-, земного машинного зала влияет размещение силовых трансформаторов и затворов на турбинных водоводах. Согласно принятой классификации, подземные машинные залы подразделяются на две основные группы:
1. в машзале размещаются только гидроагрегаты. Силовые трансформаторы выносят на поверхность земли, либо размещают под землёй в отдельной камерной выработке; затворы на энергетических водоводах совмещают с водоприёмниками или также размещают в отдельных помещениях;
2. в машинном зале устанавливают силовые трансформаторы или затворы на подводящих водоводах, либо вместе и то, и другое.
Переходным вариантом между поверхностной и подземной компоновками является полуподземный машинный зал, выполняемый в виде траншеи в скальных породах. Сверху траншея пере– крывается либо железобетонным сводом с обратной засыпкой ка-’менной наброской, либо металлическими фермами (рис. 2.102). «Такое расположение позволяет использовать несущую способ-юность скального массива, уменьшить объём бетона и железобето на за счёт использования несущей способности скального масси ва, облегчить ведение строительно-монтажных работ, сократить трансформаторные коммуникации, выполнить значительную < часть земляных работ открытым способом.
Помещения силовых трансформаторов предназначены для размещения повышающих трансформаторов. По возможности эти выработки должны располагаться как можно ближе к машинному залу и сообщаться с ним кабельными тоннелями или шахтами. Наземное или подземное расположение трансформаторов определяется расстоянием от машинного зала до поверхности
Рис. 2.102. Полуподземные ГЭС:
а — ГЭС Сторфинфорсен (Швеция); 1 — сегментный затвор, 2 — лаз в турбинный водовод, 3 — кабельная шахта, 4 — дренажная галерея, 5 — турбинный водовод, 6 — помещение затворов отсасывающих труб, 7 — каменная засыпка; б — Ви-люйская ГЭС (Россия); 1 — отсасывающая труба, 2 — насосное помещение, 3 — затвор, 4 — кабельный коридор, 5 — транспортно-вентиляционная шахта, 6 — кран, 7 — дренажная галерея
земли. При удалении гидрогенераторов от трансформаторов, измеряемом первыми сотнями метров, происходят большие потери электроэнергии при ее передаче. В этом случае для установки трансформаторов проектируют отдельные камерные выработки, соизмеримые по размерам с габаритами машинного зала (рис. 2.103).
Силовые трансформаторы могут располагаться не только в отдельных выработках, но и в верхней части низового уравнительного резервуара, в специальных нишах в скальном массиве, примыкающем к машинному залу, под полом машинного зала между генераторами.
Помещения затворов располагают за глубинным водоприёмником, уравнительным резервуаром, перед машинным залом на энергетических водоводах, за машинным залом на отсасывающих трубопроводах (см. рис 2.95). Эти выработки соединяются с поверхностью посредством тоннелей или шахт, обеспечивающих возможность подвоза оборудования и доступа эксплуатационного персонала.
Рис. 2.103. Подземная ГЭС с раздельным размещением основных помещений:
1 — машинный зал, 2 — помещение силовых трансформаторов и затворов отсасывающих труб, 3 — помещение затворов, 4 — вентиляционная шахта, 5 — галерея шинных выводов, 6 — соединительный тоннель