Секреты подземного строительства метро

В последние годы во всём мире всё большее внимание при планировке и застройке крупных городов и городов-мегаполисов уделяется проблемам освоения подземного пространства, а также строительству подземных объектов за пределами городской черты, обеспечивающих нормальное функционирование крупных населённых, в особенности промышленных, центров. Такие проблемы, как дефицит городских территорий, постоянный рост населения городов, скопление на дорогах больших масс транспортных средств, неспособность городской инфраструктуры справиться с постоянно возрастающими нагрузками и ухудшение экологической обстановки требуют всё более активного использования подземного пространства, в том числе для размещения 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 их возведении, являются наиболее оптимальными решениями многих вопросов 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 условий жизнедеятельности людей в экстремальных условиях» [РАСЭ, 1996]. Подземное пространство города включает: подземные транспортные сооружения, размещение промышленных предприятий и предприятий обслуживания населения, подземные городские сети и сооружения инженерного оборудования, сооружения специального назначения. Комплексное освоение подземного про-

странства (рис. 1) характерно для крупных городов и городов-мегаполисов, в основном, в зонах общегородского центра и центрах муниципальных районов, в зонах наиболее важных транспортных узлов и пересечений, на территориях промышленного и коммунально-складского назначения. Одним из аспектов комплексного освоения подземного пространства является рациональное 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 объектов ландшафтной архитектуры;

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

5

Рис. 1. Комплексное использование подземного пространства (на примере ж/д станции в Токио) [Ивахнюк, 1999]:

1 — железнодорожная станция, 2 — линия метрополитена, 3 — пересадочный узел, 4 — предприятия торговли, 5 — въезд на автостоянку

улучшение транспортного обслуживания, повышение безопасности движения, снижение уличных шумов;

сокращение длины инженерных коммуникаций;

защита населения в периоды возможных природных и техногенных аварий и катастроф.

Во всех мировых столицах ведётся активное освоение подземного пространства. Не являются исключением и крупные города нашей страны, в первую очередь Москва и Санкт-Петербург. По сути дела, на наших глазах создаётся новая подземная инфраструктура крупных городов, в ходе проектирования и строительства которой необходимо учитывать целый ряд факторов, и, прежде всего, влияние техногенных процессов на экологию подземного пространства и состояние гидрогеологической среды. Гиперконцентрация населения, инфраструктуры и промышленного производства приводит к огромной перегрузке геоэкологической и гидрогеологической сред крупных городов и вызывает в них необратимые изменения. На территории Москвы под воздействием техногенных факторов развивается гравитационное и динамическое 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 на геоэкологическую среду оказывают: воздействие наземной техносферы города, создание подземных выработок, откачка подземных 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 депрессион-ных воронок, образующихся при водопонижении. Это, в свою очередь, вызывает деформации земной поверхности и становится причиной многочисленных аварийных ситуаций. Всё вышеперечисленное свидетельствует о том, что на территории Москвы протекают значительные изменения геологической среды и природный 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 также фактором, оказывающим благоприятное влияние на сохранение среды 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 их предотвращение;

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

Среди большого количества объектов подземной инфраструктуры существенная роль отводится системам и сооружениям 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 обслуживанием автомобильного транспорта (гаражи для постоянного хранения автотранспорта, гостевые автостоянки-паркинги);

многофункциональные, многоуровневые объекты и комплексы различного назначения, взаимосвязанные с наземными зданиями, а также сооружениями и устройствами транспортного назначения с различными формами использования подземного городского пространства (вокзалы, торговые центры, станции метро и т.д.)

Среди подземных систем специализированного пассажирского транспорта в городах нашей страны преобладают метрополитены. В настоящее время метрополитены эксплуатируются и строятся 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 распространение завоёвывает 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 Москве планируется создание сети экспрессных линий метрополитена. Такие системы существуют во многих крупных городах мира: Париже, Лондоне, Нью-Йорке и многих других (рис. 2). Интеграция различных 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 и использования подземного пространства. В Москве многие транспортные пересечения в разных уровнях решены с использованием тоннелей. Использование разноуровневых пересечений (в частности, тоннельного типа) упорядочивает условия движения городского наземного транспорта, сокращает уровень транспортных шумов и загрязнения воздуха выхлопными газами автомобилей, 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 использования подземного пространства, являющиеся особенно перспективными для переуплотнённых и реконструируемых центральных районов городов-мегаполисов.

Комплексное использование подземного пространства сдерживает дальнейший рост территорий крупных городов и позволяет решать совместно градостроительные, транспортные, инженерные и социальные проблемы, улучшать архитектурно-планировочную структуру городов, освободить поверхность земли от многих сооружений вспомогательного характера, рационально использовать городские территории для жилищного строительства, создать места отдыха горожан, улучшать санитарно-гигиеническое состояние города, сохраняя архитектурные памятники — эффективно размещать объекты инженерного оборудования и т.д.

Городские автотранспортные тоннели (рис. 2.8) служат для пропуска всех видов городского наземного пассажирского транспорта. Они предназначены для:

—  обеспечения движения транспорта в разных уровнях на пересечениях, примыканиях и разветвлениях автомагистралей;

—  увеличения пропускной способности участков магистралей;

—  обеспечения подъезда к подземным гаражам и автостоянкам, торговым центрам, вокзалам, аэропортам и т.д.

Необходимость строительства автотранспортных тоннелей обычно возникает при реконструкции существующих и создании новых скоростных дорог и магистралей. Скорость автотранспорта и пропускная способность транспортных коммуникаций ограничиваются перекрёстком с пересечением транспортных потоков в одном уровне. Создание транспортной развязки в разных уровнях устраняет задержки транспорта на перекрёстке, способствует повышению скорости, обеспечению безопасности движения, увеличению пропускной способности перекрёстка.

Развязка транспортных потоков в нескольких уровнях осуществляется с помощью эстакад и тоннелей. В последние годы не-

* Категории улиц, дорог и варианты транспортных развязок приводятся в СНиП 2.07.01-89* «Градостроительство. Планировка и застройка городских и сельских поселений» и МГСН 1.01-99 «Нормы и правила проектирования планировки и застройки г. Москвы».

Рис. 2.8. Автодорожный тоннель под улицей Бориса Галушкина. Москва

редко устраивают комбинированные развязки с несколькими искусственными сооружениями в одном узле.

В отечественном градостроительстве устройство пересечений в разных уровнях одним из первых предложил проф. А.Е. Стра-ментов: «При большой мощности транспортных потоков и исчерпании возможных мероприятий по повышению пропускной способности загруженного движением перекрёстка представляется целесообразным применить радикальное средство: устроить пересечение магистральных улиц с другими улицами в разных уровнях» [Страментов, 1951].

Нередко, при проектировании транспортных развязок в разных уровнях, предпочтение отдаётся тоннельному варианту, что связано с его градостроительными, архитектурными и техническими преимуществами по сравнению с эстакадным.

Различные планировочные решения автотранспортных тоннелей отличаются направлением тоннеля, его очертанием в плане, характером развязки транспортных потоков и т.д. Выбор планировочной схемы зависит от конфигурации имеющихся свободных территорий в месте развязки, топографии пересекающихся и примыкающих улиц, характера городской застройки, инженер-

но-геологических условии, наличия и месторасположения подземных коммуникаций.

Полную развязку с непрерывным движением по ней основных и поворачивающих потоков, для обеспечения непрерывности движения, устраивают на пересечении основных городских магистралей. В условиях плотной городской застройки делают развязки в двух, трёх и более уровнях, обеспечивающие непрерывное движение транспорта по главному направлению (рис. 2.9).

На Т-образных примыканиях двух магистралей транспортные тоннели располагают по направлению главной магистрали.

Пропуск пешеходов в месте развязки организуется по поверхности земли или по подземным пешеходным переходам под рампо-выми участками транспортного тоннеля. В некоторых случаях создаётся система подземных пешеходных переходов.

Для увеличения пропускной способности по направлению основных магистралей могут сооружаться транспортные тоннели. Рамповые участки устраиваются по всей ширине тоннеля и состоят из двух частей, позволяя пропускать транспортные потоки над тоннелем (рис. 2.10). Аналогичные планировочные решения используются при проектировании транспортных тоннелей вдоль набережных.

Автотранспортные тоннели стараются распола-

гать на прямолинейной в плане трассе. Это мотивируется условиями безопасности дорожного движения, видимости в тоннеле, трассировки, строительства и эксплуатации. Криволинейные в плане тоннели могут проектироваться на съездах с основных магистралей, на У-образных примыканиях, на развилках автомагистралей и при необходимости обхода фундаментов зданий и сооружений, существующих тоннелей, коммуникаций и других подземных объектов (рис. 2.11).

В некоторых случаях на крупных площадях, примыканиях, пересечениях и разветвлениях трёх и более магистралей устраивают несколько изолированных или взаимосвязанных автотранспортных тоннелей, пересекающихся в двух уровнях.

Для пропуска движения в двух и более уровнях могут устраиваться многоярусные транспортные тоннели.

Минимальный радиус кривых в автотранспортных тоннелях составляет 400 -5 -600 м, максимальный продольный уклон — 40 %. Для обеспечения нормального отвода воды тоннели проектируются с двухскатным продольным профилем.

Если градостроительными условиями предусматривается движение в тоннеле пешеходов, то при проектировании необходимо предусмотреть тротуары для пешеходного движения шириной не менее 3 м, отделённые от проезжей части ограждением. Если пешеходное движение в тоннеле не предусмотрено, необходимо устройство служебного тротуара шириной 0,75 м.

Форма поперечного сечения автотранспортных тоннелей определяется глубиной заложения, величиной и

Рис. 2.10. Тоннель для увеличения пропускной способности магистрали на участке её сужения

Рис. 2.11. Планировочная схема разветвляющегося тоннеля

характером распределения внешних нагрузок и инженерно-геологическими условиями. Транспортные тоннели мелкого заложения обыкновенно проектируют с прямоугольным поперечным сечением. В некоторых случаях возможно строительство транспортных тоннелей коробового или кругового очертания.

Строительство автотранспортных тоннелей способствует защите городской среды от шума. В большинстве крупных городов уровень шума значительно превышает значения, допускаемые санитарными нормами, причём более 90 % шума, в пределах развязок в одном уровне, создают наземные транспортные средства.

Во многих тоннелях применяют архитектурно-акустическую защиту, уменьшающую, а нередко, и полностью исключающую проникновение шума на городскую территорию. Для этого применяются звукорассеивающие ограждения, подвесные потолки, стеновые панели. В качестве звукоизолирующих материалов используются: керамзит; капроновая, минеральная и шлаковата; пористые бетонные и керамические плиты; стеклоблоки; звукоизолирующий кирпич. Одним из последних достижений в этой области является применение многофункциональных облицовочных панелей из сталекерамики (рис. 2.12).

В настоящее время в Москве ведётся строительство третьего транспортного кольца, предназначенного для улучшения организации движения городского транспорта и разгрузки исторического центра города. Важной составной частью транспортной системы являются автотранспортные тоннели и сопутствующие им комплексы подземных сооружений, включающие подземные гаражи и автостоянки, железнодорожные тоннели, пешеходные переходы, выходы к станциям метрополитена, городской и пригородной железной дороги, магазины, рекреационные зоны.

В 1999 году было завершено строительство транспортной развязки на пересечении 3-го транспортного кольца Москвы с Кутузовским проспектом. Развязка представляет собой транспортную систему из тоннельных, эстакадных и наземных участков, обеспечивающих движение пересекающихся автомобильных

потоков в разных уровнях в безсветофорном режиме (рис. 2.13). Тоннельный участок транспортной развязки состоит из двух тоннелей основного движения автотранспорта по 3-му кольцу и четырёх боковых тоннелей, обеспечивающих все направления дви-

Рис. 2.13. Автодорожное тоннельное пересечение под Кутузовским проспектом. Москва

Рис. 2.14. Внутреннее Оформление одного из двух основных автотранспортных тоннелей под Кутузовским проспектом. Москва

жения транспорта при съездах на Кутузовский проспект с Москва-Сити и из Лужников. В едином комплексе с тоннелями устроены две автостоянки.

Одним из наиболее сложных элементов тоннелей стало их техническое обустройство. Вдоль наружных стен и центральной оси предусмотрены коммуникационные коллекторы, под перекрытием тоннелей расположены короба системы принудительной вентиляции. Все подсистемы управления тоннелем в штатном и нештатном режимах: вентиляции, дымоудаления, пожарной и охранной сигнализации, телеавтоматической системы управления движением транспорта выведены в единый диспетчерский пункт.

Большое внимание было уделено архитектурному оформлению и конструктивным решениям, снижающим влияние шума и вибрации. Внутренние стены тоннелей облицованы специальными панелями (рис. 2.14), подпорные стены, цоколи аварийных выходов и вентиляционные киоски облицованы плитами полированного гранита (рис. 2.15). Рамповые участки тоннелей и наземные участки развязки, расположенные вблизи жилой застройки, защищены шумозащитными экранами.

Рис. 2.15. Оформление рамповых участков основных автодорожных тоннелей под Кутузовским проспектом. Москва