В пределах старой Москвы, во всяком случае, в местности, … ограниченной Садовым кольцом, из любого здания в любое можно попасть под землёй, не поднимаясь на поверхность.
В. Гоник. -«Преисподня»
С исторической точки зрения подземные сооружения Москвы можно классифицировать следующим образом: оборонные; торгово-складские; тайных дел; каменоломни.
Первые подземные сооружения в Москве принято относить примерно к тому же периоду, что и строительство первого каменного Кремля. Сравнительный анализ планов деревянного и первого каменного Кремля показывает, что, возможно, часть подземных ходов современный Кремль унаследовал от своего деревянного предшественника.
Известный русский историк И.Е. Забелин предполагает, что материал для Кремлёвской стены был добыт из каменоломен села Мячкова, находящегося при впадении реки Пахры в Москву-реку. Кроме мячковских, на территории, прилегающей к городу, было ещё несколько каменоломен: в Дорогомилове — часть каменоломен сохранилась до настоящего времени, доступ с поверхности через все известные ходы закрыт; на территории села Коломенского — предполагается, что на их месте впоследствии образовались Борисовские пруды, часть каменоломен, сохранившихся до настоящего времени, была засыпана при строительстве МИФИ, н некоторые другие.
Первые подземные сооружения в Москве носили оборонный характер. Это были тайники под каменными башнями Кремля и подземные ходы за его территорию, в первую очередь, к Москве-реке. «3 каждой башне устраивались тайники, от них шли подземные ходы. Некоторые из них выходили за черту Кремля»*. Например, при сооружении в 1485 году Тайницкой башни итальянским зодчим Антоном Фрязиным под ней был вырыт колодец и тайный ход к Москве-реке для снабжения осаждённых горожан водой. Отсюда, как предполагается, и название башни — Тайниц-кая. Водовзводная (Свиблова) башня, построенная в 1488 году, также имела колодец и тайный выход к реке. В глубине Благовещенской башни (возведена в 1487—1488 годах) находился глубокий тайник.
Подземные ходы и глубокие потайные подвалы имелись не только под Кремлёвскими башнями. В частности, имеются косвенные данные о наличии подземного хода под Успенским собором Кремля. Под Сытным Дворцом, построенным в начале XVI в. Алевизом Фрязиным, находились более 30 подвалов «с
разного рода «сытным делом»*. В этих подвалах хранились десятки тысяч вёдер различных видов квасов, домашнего пива и заморских вин.
Тайники и подземные ходы к Москве-реке имеются под башнями крепостной стены Новоспасского монастыря, возведённой в 40-х годах XVII в. (монастырь располагается вблизи Крестьянской площади).
В 1534—1538 годах при строительстве Китайгородской стены были устроены подземные ходы, позволяющие защитникам крепости покидать её незаметно для неприятеля. Примерно в это же время на углу нынешней Воздвиженки был построен дворец Ивана Грозного, от которого, как предполагается, в Кремль мог идти подземный ход.
Значительное количество подземных ходов шло к церквям и монастырям, которым принадлежало большое число подвалов, соединявшихся подземными ходами и образовывавших целые подземные лабиринты. Например, при строительстве в 1390 году Николаевского монастыря, расположенного в районе нынешней Никольской улицы, в подвалах церквей были сооружены темницы для монахов и подвалы для хранения продуктовых запасов. Обширные подземелья имеются на территории бывших Рождественского (угол ул. Рождественки и Трубной площади), Высокопетровского (ул. Петровка) (рис. 1.19), Донского (Донская пл.), Симоновского (ул. Восточная), Новоспасского (Крестьянская пл.) и Алексеевского (ул. Верхняя Красносельская) монастырей. Отдельные ходы могли соединять церкви между собой. Например, на территории Алексеевского монастыря существует подземный ход, соединяющий Крестовоздвиженский и Всехсвят-ский соборы.
В подклете храма Грузинской Божьей Матери, построенного в 1628 году неподалёку от Старой площади, купцом Григорием Микитниковым были устроены подземные склады товаров. Аналогичные подземные склады были возведены архангельскими купцами Филатьевыми в подклете церкви Никола Большой
Рис. 1.19. Усыпальница Нарышкиных в Боголюбской церкви Высокопетровского монастыря
Крест, расположенной вблизи храма Грузинской Божьей Матери. Большие подвалы складского назначения были устроены в 1644 году при строительстве Гостиного двора. В дальнейшем, при многочисленных реконструкциях Старого Гостиного двора, их площадь постоянно увеличивалась. После ремонтно-восста-новительных работ 1894 года под подвалами было устроено «помещение для котлов, электрическая станция и артезианский колодец для рядского водопровода. Для разгрузки привозимых товаров устроено особое приспособление: товар разгружается на разгрузочном дворе под Ветошным рядом, откуда он поступает на тележках, движущихся на железной цепи по рельсам, положенным по наклонным плоскостям»*.
С конца XVII в. в самом начале нечётной стороны Мясницкой улицы, на территории бывшего патриаршего подворья, находилась Тайная канцелярия (позднее, Тайная экспедиция), в подземных застенках и каменных мешках которой содержались заключённые (упразднена в конце XVIII в.). В книге «Москва и москвичи» В.А. Гиляровский описывает свое посещение остатков этой тюрьмы, обнаруженной при сносе дома: «Пролом сделали, и наткнулись мы на дубовую, железом кованную дверь. Насилу сломали, а за дверью — скелет человеческий… Обитая ржавым железом, почерневшая дубовая дверь, вся в плесени, с окошечком, а за ней низенький каменный мешок… при дальнейшем осмотре в стенах оказались ещё какие-то ниши, тоже, должно быть, каменные мешки…». Под соседним зданием «оказались глубочен-ные подвалы со сводами и какими-то столбами, напоминавшие соседние тюрьмы «Тайного приказа», к которому, вероятно, принадлежали они. Теперь их засыпали, но до революции они были утилизованы торговцем Чичкиным для склада молочных продуктов»*.
В сложных гидрогеологических условиях велось строительство Таннского тоннеля длиной 7 800 м, расположенного на железной 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 в подземных известковых выработках в течение длительного времени сохраняются постоянная температура и влажность. В случае отключения 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 шло интенсивное 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 в глубоких котлованах (нередко использовались глубокие овраги, тальвеги и прочие естественные углубления).
Одним из наиболее крупных был завод для производства ракетных установок ФАУ-1 и ФАУ-2 в Нордхаузе (Тюрингия), расположенный внутри большого холма. Завод состоял из двух параллельных тоннелей длиной 2,3 км и шириной 12,5 м, расположенных на расстоянии 1,4 км один от другого. Тоннели соединялись друг с другом 46-ю поперечными выработками. Общая полезная площадь подземного пространства составляла около 15 га.
По окончании Второй мировой войны строительство подземных 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 по изготовлению деталей самолётов. Общая полезная площадь завода составляла около 6 км 2 .
Говоря об истории подземного строительства, нельзя обойти вниманием такой немаловажный аспект, как строительство подземных гидротехнических сооружений, отличающихся наибольшей сложностью и трудоёмкостью по сравнению с промышленными и гражданским объектами. Так, можно привести следующее сопоставление: площади поперечного сечения камерных выработок для машинных залов, уравнительных резервуаров и распределительных устройств подземных ГЭС нередко превышают 1 ООО м 2 , гидротехнических тоннелей — 200 м 2 , в то время как площадь поперечного сечения перегонных, тоннелей метрополитена составляет 20—25 м 2 [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 непосредственной близости 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. м 3 , а их протяжённость — около 60 км.
Широко распространено строительство подземных ГЭС в Италии. Подземные машинные залы станций Ампецо, Глоренца, Акри и др. имеют поперечное сечение коробового типа, аналогичное Рогунской ГЭС. Экономические расчёты, выполненные итальянскими проектировщиками, показывают, что расположение трансформаторов в подземной выработке, в непосредственной близости от машинного зала (закрытое распределительное устройство — ЗРУ), даёт около 50 % общей экономии по сравнению
Рис. 1.6. Разрез по машинному залу Рогунской ГЭС (проект): 1 — машинный зал, 2 — помещение трансформаторов и затворов отсасывающих труб, 3 — защитный свод, 4 — гидрогенератор, 5 — гидротурбина, 6 — силовой трансформатор, 7 — турбинная камера, 8 — отсасывающая труба, 9 — тоннель токопрово-да, 10 — кондиционер, 11 — мостовой кран, 12 — монорельсовая тележка, 13 — вентиляционная шахта, 14 — вмещающий горный массив, 15 — турбинная шахта
с наземным расположением (открытое распределительное устройство — ОРУ) [Барбакадзе, Давыдов, 1983].
На Тихоокеанском побережье Канады расположена крупная подземная ГЭС «Нечако-Кемано».
Во Франции подземная ГЭС Монпеза на р. Фонтельер заглублена на 60 м от поверхности земли. Длина машинного зала ГЭС составляет 60 м, ширина 13,5 м, высота 27 м. Вода подаётся по деривационному тоннелю протяжённостью 17 км.
В Финляндии с 1956 по 1975 годы построены 4 подземных ГЭС. Крупнейшая подземная ГЭС в стране — «Пирттикоски», находится в верхней части устья р. Кемийоки. Машинный зал станции, построенной в 1956—1959 годах, пройден на глубине 100 м от уровня моря. Вода на гидротурбины подаётся по двум напорным тоннельным водоводам длиной 60 м каждый, с площадью поперечного сечения 130 м 2 , а отводится по напорному тоннелю площадью сечения около 400 м 2 . По данным на 1989 год этот тоннель был второй в мире по площади поперечного сечения [Саари, Рейнисто, Лайне, 1993].
В 1979 году в Финляндии был построен гидротехнический тоннель протяжённостью 120 км (площадь поперечного сечения 15,5 м 2 ). Он используется для водоснабжения Хельсинки путём подачи воды из озера Пяйаянне в водохранилище Силвола.
Примерно в тоже время в СССР, в чрезвычайно сложных инженерно-геологических условиях, был построен тоннель для переброски стока р. Арпа в оз. Севан (рис. 1.7). Общая протяжённость тоннеля 48 км [Мостков, 2001].
Не меньшую сложность представляет собой строительство подводных тоннелей. В 1983 году в Санкт-Петербурге был возведён автодорожный тоннель протяжённостью около 1 км, обеспечивающий постоянную транспортную связь между Канонерским и Гутуевским островами. Подводный участок, протяжённостью 375 м, сооружён из опускных секций длиной 75 м, шириной 13,3 м и высотой 8,05 м, выполненных из монолитного железобетона с наружной металлоизоляцией.
В 1988 году в Японии был введён в эксплуатацию тоннель «Сейкан», проходящий под дном Салгарского пролива на глубине 240 м и связывающий между собой острова Хонсю и Хоккайдо. Его протяжённость — 53 850 м. Строительство тоннеля про-
Рис. 1.7. Гидротехнический тоннель Арпа—Севан:
1 — Кетчутское водохранилище; 2 —плотина; 3 — тоннель № 1; 4 — тоннель № 2; 5 — строительная шахта; 6 — входной портал тоннеля № 2; 7 — выходной портал тоннеля № 1
должалось более 40 лет. Сооружение представляет собой три параллельно идущих тоннеля: диаметром 11,1 м — основной, по которому идут поезда, и диаметрами 5м — два служебных. Основной и вспомогательные тоннели связаны между собой системой коридоров и переходов. С поверхностью «Сейкан» соединён двумя порталами — в начале и в конце тоннеля, и несколькими вертикальными и наклонными шахтами, оснащёнными мощными грузовыми лифтами. Каждый из таких лифтов способен спустить вниз и поднять на поверхность несколько грузовых автомобилей одновременно. Под проливом, на случай чрезвычайных ситуаций, имеются две просторные станции.
В июне 1991 года закончилась проходка 50-ти километрового комплекса тоннелей под проливом Ла-Манш. Также как и «Сейкан», транспортный подземный комплекс под Ла-Маншем представляет собой систему из трёх тоннелей: два перегонных однопутных железнодорожных тоннеля наружным диаметром 8,36 — 8,72 м, а между ними служебный тоннель диаметром 5,38 — 5,77 м (рис. 1.8).
Рис. 1.8. Подводный тоннель под проливом Ла-Манш: 4— основные тоннели, 2 — железнодорожная платформа для перевозки автомобилей, 3 — вспомогательный тоннель, 4 — поперечные сбойки
Большие объёмы подземного строительства в последние годы ведутся в Москве. Это, в первую очередь, Торгово-рекреацион-ный комплекс «Охотный ряд» на Манежной площади, подземный гараж на Театральной площади, комплекс «Москва-Сити», подземный комплекс на Поклонной горе, значительное число автостоянок, подземных переходов и транспортных тоннелей.
ТРК «Охотный ряд» (рис. 1.9) относится к многоцелевым подземным сооружениям и включает: торговый центр с грузовым двором, офисы, археологический музей, предприятия общественного питания и искусственное русло р. Неглинки. Комплекс расположен в древнейшей части Москвы на стеснённом участке (между тремя линиями метрополитена, с сохранением движения наземного транспорта) в чрезвычайно сложных гидрогеологических условиях. Параллельно с его строительством выполнялся полный перенос подземных коммуникаций на площади более 5 га. Технические решения помещения ТРК проектировались с учетом снижения шума и вибрации от метрополитена и автотранспорта.
1) пилонная, имеет три свода: два над путевыми коробами и посадочными платформами и один над центральной платформой (распределительный зал). Центральная платформа, как правило,
выполняется не на всю длину станции и отделяется от боковых тоннелей двумя рядами массивных пилонов, служащих опорами свода (рис. 2.48). Длина распределительного зала и количество проёмов назначают в зависимости от расчётной величины пассажиропотока. К торцам распределительного зала примыкает наклонный ход с несколькими эскалаторами, соединяющими платформу станции с полом наземного вестибюля. Примерами станций пилонного типа могут служить: «Чистые пруды», «Площадь Революции», «Красные ворота», «Бауманская» в Москве; «Площадь Восстания», «Владимирская», «Пушкинская» в Санкт-Петербурге;
2) колонная — свод подземного зала на станциях такого типа поддерживается двумя рядами колонн, отделяющих боковые по-
Рис. 2.48. Пилон-ная станция глубокого заложения:
а — разрез, б — «Площадь восстания». Санкт-Петербург
садочные платформы от центральной (рис. 2.49). Натяжная камера эскалаторов обычно примыкает к торцу платформы. К станциям такого типа относятся: «Маяковская» и «Петровско-Разумовская» в Москве; «Ленинский проспект» и «Приморская» в Санкт-Петербурге;
3) односводчатая — не имеет деления на центральную и боковые платформы. Единый свод подземного зала опирается на боковые стены, в центре зала располагается платформа, к которой с двух сторон прибывают поезда (рис. 2.50). К станциям такого типа относятся «Тимирязевская» в Москве и «Чёрная речка», «Озерки», «Пионерская» в Санкт-Петербурге;
4) горизонтальный лифт (рис. 2.51). Станции такого типа лишены посадочных платформ. По бокам центрального зала располагаются два ряда раздвижных дверей, ведущих в тоннели, где останавливаются прибывающие поезда. Станция проектируется таким образом, чтобы створы дверей вагонов точно совпадали со створами дверей станций, открытие и закрытие которых синхронизируется специальными устройствами. Тип таких станций получил своё название за сходство с дверями лифтов, у которых раздвижные двери кабины открываются синхронно с дверями шахты. Примерами могут служить станции «Московская», «Парк Победы», «Петроградская» в Санкт-Петербурге. В Москве станции такого типа не применяются.
Рис. 2.51 Станции типа «горизонтальный лифт»: а — «Парк Победы», б — «Звёздная». Санкт-Петербург
Особенное внимание при проектировании линий метрополитена уделяется пересадочным узлам (рис. 2.52). Главное условие их планировки — максимальное сокращение времени на пересадку с одной линии на другую.
Существуют несколько планировочных и конструктивных решений пересадочных узлов на линиях глубокого заложения.
1. Пересадочные узлы с раздельными станциями на каждой линии.
Это наиболее старый и распространенный вид пересадочного узла, состоящий из отдельных станций, расположенных на разной глубине от поверхности и соединённых переходами с лестницами и эскалаторами (рис. 2.53). В последние годы, например,
Рис. 2.52. Пересадочный узел на линии «Метеор». Париж
при проектировании Юбилейной линии Лондонского метрополитена, соединительные тоннели оборудуются бегущими дорожками — траволаторами.
В плане раздельные станции пересадочного узла могут располагаться:
— параллельно (рис. 2.54, а);
Рис. 2.54. Пересадочный узел из двух параллельных станций на пересечении двух линий (а) и из трёх станций, расположенных веерообразно в разных уровнях (б):
1 — «Таганская» Кольцевой линии, 2 — «Таганская» Таганско—Краснопресненской линии, 3 — «Марксистская» Калининской линии
— Х-образно (при двух станциях);
— веерообразно (рис. 2.54, б);
— треугольником с совмещением движения поездов на двух из них;
— по смешанной схеме (рис. 2.55).
К недостаткам этого типа пересадочных узлов относятся малая комфортабельность, большое количество пересадочных устройств и конструкций, длительное время пересадки, большая площадь горного отвода под строительство.
Подземные гаражи и автостоянки предназначаются для хранения, технического обслуживания и ремонта легковых, грузовых и специальных автомобилей и других транспортных средств*.
Существуют различные типы подземных автостоянок, отличающиеся назначением, местом расположения, глубиной заложения, вместимостью, планировочными схемами, числом ярусов, конструктивными особенностями и т.д. Выбор конкретного типа определяется градостроительными, транспортными и экономическими условиями.
Подземные автостоянки, предназначенные для постоянного хранения автотранспорта, допускается располагать под жилыми и общественными зданиями, участками зелёных насаждений, спортивными сооружениями, под хозяйственными и игровыми площадками (кроме детских), под проездами, наземными автостоянками, школьными участками (при размещении въездов-выездов и вентиляционных киосков за пределами школьных участков), в местах жилой застройки, а также в виде отдельно расположенных сооружений (рис. 2.81). Наряду с подземными возможно строительство полуподземных автостоянок, верх которых располагается на 0,5—0,6 м выше поверхности земли.
‘Автомобильные стоянки предназначены для временного хранения транспортных средств, а гаражи — для постоянного хранения и технического обслуживания. В дальнейшем изложении подземные гаражи и автомобильные стоянки будут определяться одним термином — подземная автостоянка.
В некоторых случаях проектируются подземные автостоянки тоннельного типа, представляющие собой отрезки тоннелей длиной 150—200 м, сооружаемые закрытым способом. Такие автостоянки устраиваются с использованием естественного рельефа местности (холмов и возвышенностей), что упрощает устройство подъездных путей, сокращает объёмы земляных работ и снижает стоимость строительства.
По способу установки автомобилей различают автостоянки:
— манежного типа с открытыми стоянками;
— боксовые с изолированными местами стоянок;
— комбинированные — часть стоянок в таких гаражах открытая, а часть — изолированная.
В подземных гаражах и автостоянках могут применяться одно-или двухсторонние схемы расстановки автомобилей. При постоянном хранении предпочтение отдают двухсторонней однорядной схеме с установкой транспортных средств перпендикулярно к оси проезда. При временном хранении возможны «ёлочная» и «паркетная», расстановки, облегчающие въезд и выезд автомобилей, но увеличивающие общую площадь стояночных мест и длину проездов. Ширина стояночного места для одного автомобиля составляет 2,2 2,5 м, длина — 4,6 ■*■ 5,3 м. Общая площадь одного стояночного места, с учётом проезда, составляет 20 + 28,5 м 2 для легковых автомобилей и до 60 м 2 — для грузовых. Ширина проезда, при однорядной расстановке, должна быть не менее 3 м, при двухрядной — 5 -s- 7 м. Проезды располагают таким образом, чтобы обеспечить в гараже правостороннее движение.
Рис. 2.81. Подземные (а, б) и полуподземные (в) автостоянки
Подземные гаражи и автостоянки могут быть как одно-, так и многоярусными. В центральных районах крупных городов устраивают многоярусные подземные автостоянки вместимостью 450 1200 и более автомобилей. Например, вблизи ВВЦ построен первый в нашей стране отдельно стоящий семиярусный подземный гараж, рассчитанный на 2000 легковых автомобилей. В экспериментальном жилом районе Северное Чертаново сооружена серия встроенных подземных гаражей общей вместимостью 3000 машиномест. Под Оперным театром в Сиднее выстроена двенадцатиярусная подземная автостоянка на 1100 парковочных мест. Сооружение представляет собой торообразную камеру высотой 32 м, наружным диаметром 71,2 м, а внутренним — 36,4 м. Стоянка находится на 28 м ниже уровня моря.
По способу въезда автомобиля и перемещения с яруса на ярус различают стоянки нескольких видов.
Рамповые — въезд и выезд автомобилей и их перемещение с яруса на ярус производятся по прямым или спиральным рампам*. Прямые наружные рампы (рис. 2.82, а) могут иметь уклон до 100 %о, внутренние — до 180 % 0 и ширину до 3 м для однорядного, 5,5—6 м — для двухрядного движения. Спиральные рампы (рис. 2.82, б) выполняются с уклоном до 100 % 0 вне гаража и до 130 %о — внутри. В некоторых случаях для переезда автомобилей с яруса на ярус устраивают полурампы, смещая перекрытие соседних помещений гаража на половину высоты яруса или путём устройства наклонных междуярусных перекрытий.
Механизированные — рампы отсутствуют, автомобили подаются на нужный ярус в лифтовых подъёмниках и устанавливаются на стояночную площадку.
Полумеханизированные — автомобили опускаются на подземный ярус лифтовым подъёмником и устанавливаются водителем на стояночную площадку.
Автоматизированные — все операции по перемещению автомобиля выполняются средствами дистанционного управления
* Рампа (пандус) — наклонная конструкция, предназначенная для въезда (выезда) автомобилей на разные уровни автостоянки. Рампа может быть как отрытая, т.е. не имеющая полностью или частично стеновых ограждений и/или покрытия, так и закрытая — имеющая стены и покрытие, изолирующие рампу от внешней среды.
Рис. 2.82. Виды прямых (а) и спиральных (б) рамп
без доступа на стоянку обслуживающего персонала. Высота ярусов уменьшается до минимума, отпадает необходимость в создании системы искусственной вентиляции, освещения и отопления.
2.3.1. Многоярусные многофункциональные подземные комплексы
В последние годы в подземном пространстве городов размещают многоярусные многофункциональные комплексы объектов культурно-бытового обслуживания населения и инженерного обеспечения современного города.
В состав подземных комплексов включают предприятия торговли, общественного питания и бытового обслуживания, складские помещения, транспортные и инженерные коммуникации и т.п. В зависимости от конкретных условий, подземные комплексы могут иметь от 2 до 6 ярусов. Площадь отдельных ярусов и их высоту устанавливают в зависимости от назначения подземного
объекта. Для перемещения людей внутри комплекса, в ряде случаев, предусматривают эскалаторы и траволаторы.
Многоярусные подземные объекты имеют дневное освещение через атриумы различных конструкций в различных комбинациях с искусственным освещением, цветную отделку. Нередко при их оформлении используются натуральные материалы. Системы транспорта и подъёма обеспечивают перемещение посетителей и обслуживающего персонала внутри комплекса.
Отдельное внимание при проектировании многофункциональных подземных комплексов, предназначенных для постоянного присутствия неограниченного числа людей, уделяется созданию комплексных, многоуровневых систем безопасности.
Общих правил создания подземных комплексов в настоящее время не существует. Каждое конкретное решение уникально и, в значительной степени, определяется местными условиями и генеральным планом развития города. Однако, основываясь на многочисленных примерах проектирования и строительства многофункциональных подземных комплексов как в нашей стране, так и за рубежом, можно рекомендовать следующее размещение объектов, входящих в комплекс, по глубине:
первый от дневной поверхности уровень* — входы и выходы, подземные пешеходные переходы, предприятия торговли, обслуживания, общественного питания, культурно-досуговые центры, т.е. постоянно эксплуатируемые и посещаемые неограниченным количеством людей объекты;
второй уровень — пешеходные переходы, станции метрополитена и пригородной железной дороги, автостоянки и т.п., кратковременно используемые неограниченным количеством людей;
третий уровень — складские помещения, разгрузочные площадки, устройства жизнеобеспечения и нормального функционирования комплекса с постоянным присутствием ограниченного количества обслуживающего персонала;
четвёртый уровень — инженерные коммуникации, эксплуатируемые без постоянного присутствия человека.
Первый уровень может освещаться через атриумы дневного света с частичным использованием искусственного освещения, второй и последующий уровни имеют полностью искусственное освещение.
Наиболее важное значение в отделке помещений и архитектурных решениях должно придаваться сооружениям первого и второго уровней. Здесь, по возможности, необходимо максимально использовать натуральные отделочные материалы, дневное освещение, конструктивные решения, усиливающие впечатление связи с дневной поверхностью.
В качестве примера можно привести пятиярусный подземный комплекс под площадью Карлсплатц в Мюнхене, включающий:
торговые помещения, расположенные в первом ярусе от поверхности, имеющие 12 входов и оборудованные лестницами и эскалаторами;
склады, холодильники и разгрузочные устройства торговых предприятий, кассовый зал железнодорожной станции и станции метрополитена — на втором ярусе;
перроны железнодорожной станции, подземную автостоянку на 800 машиномест, станцию технического обслуживания и автозаправку — на 3-м и 4-м ярусах;
устройства инженерного оборудования (трансформаторные подстанции, аварийные дизель-генераторы, станции кондиционирования воздуха, станции перекачки сточных вод) — на 5-м ярусе.
Для наиболее рационального использования подземного пространства коммуникации различного назначения объединяют в двух—трёхъярусные коллекторные блоки.
Построенный в Москве торгово-рекреационный комплекс «Охотный ряд» включает в себя археологический музей, торговый центр, офисы, предприятия общественного питания и автостоянку (рис. 2.87). С точки зрения местоположения в древнейшей части города, особо сложных гидрогеологических условий, размещения в стеснённых городских условиях между тремя линиями метрополитена с сохранением движения наземного транспорта и полного переустройства подземных коммуникаций на площади более 5 га — подземный комплекс не имеет аналогов в мире. Общая площадь комплекса — около 70 ООО м 2 , включая
1 — тоннель глубокого заложения, 2 — коллектор мелкого заложения
щей требованиям государственных норм и рассчитанной на длительные сроки безаварийной эксплуатации.
Институтом Мосинжпроект для прокладки коллекторных тоннелей используются щиты диаметром 3,6 м и 4 м. Обделка тоннелей возводится из сборных железобетонных блоков. Для повышения водонепроницаемости тоннеля швы между блоками зачеканиваются специальным раствором на основе водонепроницаемых быстротвердеющих цементов. После гидроизоляции швов и тампонирования возводится внутренняя обделка из монолитного гидротехнического бетона (рис. 2.119). Между монолитной железобетонной рубашкой и сборными блоками может укладываться металлоизоляция.
Составной частью схем теплоснабжения являются камеры тепловых сетей. Камеры возводятся из монолитного или сборного железобетона. С внешней стороны стен и днища укладывают металлоизоляцию.
В Москве на глубине порядка 30—35 м (рис. 2.120) построен канализационный коллектор от гостиницы «Метрополь» до Котельнической набережной. Коллектор диаметром 4 м состоит из 2-х участков: от Новой площади до гостиницы «Метрополь», протяжённостью 358 м, и от Славянской площади (бывш. Старая площадь) до Котельнической набережной, протяжённостью 880 м. Промежуточный участок длиной 653 м был выполнен ранее. Вследствие того, что тоннель проходит под р. Яуза и
Рис. 2.119. Конструкция тоннеля щит овой прокладки (диаметр 4 м): 1 — наружная обделка из железобетонных блоков, 2 — внутренняя обделка из монолитного гидротехнического бетона, 3 — гидроизоляция, 4 — торкретбетон, 5 — бетонный пол
Рис. 2.120. Геологический разрез по участку строительства коллекторного тоннеля глубокого заложения в Москве [Неретин, Бузов, 2001]
по всей его трассе размещены жилые и административные здания, в частности: Минтопэнерго, Военная Академия, поликлиника, РАО «ЕЭС России»; была организована наземная геодезическая сеть для контроля за осадками дневной поверхности и деформациями зданий. Вдоль всей трассы тоннеля на каждом здании по определённой схеме устанавливались репера для наблюдения за состоянием самих зданий и их фундаментов; для наблюдения за просадками дневной поверхности устанавливались грунтовые репера. Проведённые измерения показали, что осадки зданий и сооружений по трассе тоннеля и вблизи неё практически отсутствовали.
2.7.2. Системы теплоснабжения и теплоаккумулируюшие ёмкости
За рубежом уже более 30 лет эксплуатируются подземные теплоаккумулирующие ёмкости, представляющие собой изолированные резервуары объёмом от 10 тыс. до 100 тыс. м 3 . Тепло-аккумулирующие свойства скального массива позволяют в течение длительного времени сохранять постоянную температуру воды в резервуарах. Чаще всего используют одно из трёх компоновочных решений:
резервуары мелкого заложения, устраиваемые открытыми способами с применением теплоизоляционных материалов (рис. 2.121, а);
подземные выработки в прочном, плотном, водонепроницаемом скальном массиве (рис. 2.121, б);
система изолированных скважин (рис. 2.121, в).
В г. Керава (Финляндия) с 1983 года эксплуатируется «солнечная деревня», представляющая собой микрорайон из 44 коттеджей. На крышах домов установлены солнечные батареи-накопители с жидкостной циркуляцией. От них тепло передаётся в теплоаккумулиру-ющую ёмкость, представляющую собой подземный резервуар в виде цилиндра диаметром около 10 м, высотой около 20 м , и объёмом 1500 м 3 (рис. 2.122). ; Выработка шахтного типа прой-( дена в прочном скальном мас-; сиве без закрепления стен и днища. Самообеспеченность та-кой системы составляет 50— ; 70 %. Дополнительный подо-грев воды производится элект-< ронагревательными устройствами. Из резервуара тепло по системе скважин, тоннелей и трубопроводов равномерно распределяется по посёлку.
Широкое применение подземные теплоаккумулирующие ёмкости нашли в Швеции. В частности, в 1983 году в г. Лу-му возведено крупнейшее в мире скважинное теплохрани -
Рис. 2.121. Схемы устройства теп-лоаккумулируюгдих ёмкостей в скальных породах: а — резервуар мелкого заложения; б — резервуар глубокого заложения; в — система изолированных скважин
лище объёмом 100 тыс. м 3 (см. рис. 2.121, в). Хранилище используется для сезонного аккумулирования тепла, получаемого от сталеплавильного завода.
Аналогичные подземные теплоаккумуляторы разработаны в нашей стране в ЭНИН им. Г.М. Кржижановского. Они предназначены для создания систем сезонного аккумулирования тепла компрессорных станций в подземных водоносных горизонтах. Аккумуляция тепла осуществляется в водоносном пласте мощностью не менее 10 м, расположенном на глубине до 500 м. Водоносный горизонт должен быть окружён водоупорными пластами.
Рис. 2.122. Система отопления и теплоаккумулирующая ёмкость «солнечной деревни». Керава, Финляндия
Рис. 2.123. Подземный аккумулятор тепла:
1 — тепловой фронт, 2 — эксплуатационная скважина, 3 — водоподготовка, 4 — теплообменник, 5 — разгрузочная скважина, 6 — насос, 7 — дневная поверхность, 8, 10 — верхняя и нижняя граница водоупоров, 9 — водоносный горизонт
При работе такого аккумулятора в режиме зарядки горячая вода от компрессорной станции нагнетается в пласт по эксплуатационной скважине (рис. 2.123, а). Для снижения давления нагнетания и повышения приемистости водоносного горизонта используется разгрузочная скважина.
При работе теплоаккумулятора в режиме разряда (2.123, б), горячая вода из пласта откачивается по эксплуатационной скважине и после водоподготовки поступает в теплообменник, а оттуда тепло отбирается и подаётся к потребителю, а охлаждённая вода закачивается через разгрузочную скважину обратно в пласт. Таким образом, каждая эксплуатационная скважина работает как в режиме извлечения, так и в режиме нагнетания.
Возле села Отроков Новоушицкого района Хмельницкой области, примерно в первой половине XIX в., предположительно графом Мархотским, был устроен искусственный холм, выложенный из известковых плит, с рукотворной пещерой длиной в несколько десятков метров. Подземная часть холма правдоподобно воссоздаёт морфологию естественной карстовой пещеры, с
просторными галереями шириной 1,5—2,5 м и высотой 2—3 м, узкими лазами размером 0,7×0,7 м, подземной речкой и озером, для чего в пещеру был отведён протекавший поблизости ручей. Несколько помещений использовались как жилые комнаты.
Имение «Рябово», расположенное на Румболовской горе (г. Всеволжск Ленинградской области) принадлежало А.Д. Мен-шикову, а после него, с 1818 года, В.А. Всеволжскому. В склонах горы существовали входы в подземные ходы, внутри горы были обнаружены несколько ходов и два зала. Время их создания и назначение неизвестны.
Обширная система подземных ходов существует под Шува-ловским парком на северной окраине Санкт-Петербурга. Легенды приписывают создание этих ходов бывшему владельцу этих мест масону графу Шувалову, однако, возможно, часть из них является остатками оборонительной системы города, возведённой в годы Первой и Второй мировых войн.
Одним из крупнейших подземных сооружений Ленинградской области является построенный в конце XVIII в. Таицкий водовод. Он предназначался для обеспечения водой прудов и гидросистем Царского Села и имел длину порядка 17 км, глубину заложения — от 2,4 м до 17 м. Водовод функционировал около 100 лет и постепенно вышел из строя. В конце 1980-х годов он был восстановлен, но в настоящее время не функционирует.
Надёжность систем и технических устройств принято рассматривать как вероятность нормального функционирования устройства или системы в течение заданного промежутка времени при известных условиях окружающей среды в соответствии с требованиями государственных стандартов и норм*. Под надёжностью технологий подземного строительства понимают осуществление технологических процессов строительства подземного объекта без отказов за счёт обеспечения факторов надёжности строительных технологий.
Факторы надёжности строительных технологий предупреждают возможные отказы в процессе строительства: остановки, аварии, ущерб от негативных последствий. Эти факторы включают [Лернер, Петренко, 1999]:
концепции безопасности строительства подземного сооружения;
разделение и предупреждение рисков в неопределённых, изменяющихся по трассе тоннеля или контуру сооружения инженерно-геологических условий;
избыточность и компенсирование набора различных технологий и технических приёмов строительства;
* В данном разделе рассматриваются только факторы надёжности, приводящие к утрате несущей способности при строительстве или к невозможности эксплуатации объекта.
применение геофизических методов разведки для обнаружения опасных зон по трассе строительства;
специальные методы и технологии, предотвращающие негативное влияние нарушенных зон на процесс ведения проходческих работ и осадку поверхности, повышающих устойчивость подземных выработок;
методики подбора комплекса технологий и технических приёмов, снижающих возможные риски и последствия негативных ситуаций, а также повышающих надёжность строительства подземных сооружений.
Существуют четыре способа повышения надёжности при разработке различных компонентов и систем [Диксон, 1969]:
1. избыточность;
2. простота;
3. применение стандартных элементов с известной и проверенной надёжностью;
4. работа элементов и систем не на полную мощность, что позволяет увеличивать срок службы оборудования, но при этом увеличивает продолжительность и стоимость строительства подземного сооружения.
Основным направлением повышения надёжности подземного объекта принято считать избыточность.
Основные понятия и положения теории надёжности и долговечности подземных сооружений определены в положении «Основные направления строительного проектирования подземных объектов, 1991».
Надёжностью подземного объекта называется его способность сохранять своё функциональное значение в течение установленного срока эксплуатации. Соответственно, основным показателем надёжности сооружения является вероятность его безотказной работы.
Отказ объекта — это полная или частичная утрата несущей способности его составных элементов.
Долговечность объекта — это его способность сохранять работоспособность в заданных условиях эксплуатации. В качестве основных показателей долговечности подземного объекта приняты: ресурс; наработка до отказа, т.е. время безотказной работы от момента начала эксплуатации до наступления предельного со-
стояния, соответствующего прекращению эксплуатации и реконструкции или ликвидации объекта; фактический срок службы. В соответствии с этим при проектировании подземных объектов необходимо нормирование вероятности безотказной работы сооружения в течение заданного срока эксплуатации. Допустимые значения показателей надёжности определяют в зависимости от последствий, к которым может привести отказ (табл. 6.1).
Надёжность конструктивных элементов определяется как вероятность того, что за период эксплуатации их несущая способность не выйдет за допустимые пределы. В качестве основного показателя, характеризующего несущую способность конструктивных элементов, принимается коэффициент запаса прочности, равный отношению предельной и действующей нагрузок. Значение коэффициента должно быть больше 1.
Таблица 6.1. Допустимые значения вероятности безотказной работы подземного сооружения в зависимости от последствий отказа
|
Последствия отказа |
Допустимая вероятность безотказной работы |
|
Катастрофические — полное разрушение объекта, разрушение оборудования, гибель людей |
р -* 1 |
|
Имеющие значительный экономический ущерб — приостановление работы объекта, выход из строя оборудования |
р > 0,99 |
|
Имеющие незначительный экономический ущерб — простои в работе объекта для ремонта |
р > 0,90 |
|
Практически без последствий — только незначительные затраты на ремонт |
р < 0,90 |
Отказы конструктивных элементов в процессе эксплуатации подземного объекта подразделяются на постепенные и внезапные. Внезапные отказы, в основном, характерны для скальных и полускальных пород. Чаще всего они вызваны тектоническими составляющими напряжённого состояния и накоплением внутренних изменений структуры горных пород. Интенсивность таких отказов принимается независящей от времени, а их совокупность во времени представляет собой математический ряд с экс-
поненциальным законом распределения, т.е. средняя наработка до отказа обратно пропорциональна его интенсивности. В этом случае функция надёжности конструктивного элемента записывается в виде:
где Р — параметр, характеризующий скорость затухания автокорреляционной функции стационарного случайного процесса резерва прочности.
Важной характеристикой долговечности является обеспеченный ресурс. Это гарантированный срок безотказной работы с заданным уровнем безотказности. Для экспоненциального закона надёжности обеспеченный ресурс рассчитывается как:
Надёжность системы камерных выработок определяется надежностью её конструктивных элементов и структурной схемой их соединения. Если подземный объект состоит из нескольких групп камер, разделяемых барьерными целиками, то система камер и целиков, составляющих группу, называется панелью. Вероятность отказа подземного объекта p 0 g, состоящего из /и одинаковых панелей, определяется исходя из предположения, что отказ происходит либо при отказе всех панелей, либо при отказе хотя бы одного барьерного целика:
2.7.1. Инженерные подземные сети
Подземные инженерные сети, прокладываемые в городах, по характеру их использования подразделяются на магистральные и уличные, внутриквартальные и дворовые.
1. Магистральные и уличные. К ним, в первую очередь, относятся трубопроводы больших диаметров:
водоводы, уличные водопроводные, магистральные и разводящие линии;
фекальные канализационные линии и коллекторы;
коллекторы ливневой канализации;
магистральные теплопроводы и разводящая сеть;
газопроводы магистральные, распределительные (включая разветвления) и отводы к потребителям;
сети электроснабжения высокого, среднего и низкого напряжения.
2. Внутриквартальные и дворовые. Включают в себя внутри-квартальные разводящие сети и вводы в здания.
Инженерные подземные сети и связанные с ними сооружения, размещаемые на территории микрорайонов, подразделяются следующим образом.
1. Трубопроводы: водопроводной сети; горячего водоснабжения; канализации бытовых и сточных вод;
канализации дождевых и талых вод (ливневой канализации);
дренажей;
тепловых сетей;
газоснабжения.
2. Кабели электрических сетей высокого, среднего и низкого напряжения.
3. Проходные и полупроходные каналы для совмещения прокладки трубопроводов и кабелей различного назначения.
4. Непроходные каналы тепловых разводящих сетей.
5. Непроходные каналы (сцепки) для совмещённой прокладки разводящих труб теплосети холодного и горячего водоснабжения.
При строительстве и реконструкции жилых районов и микрорайонов производится комплексное проектирование подземных инженерных сетей с учётом начертания улично-дорожной сети города, размещения крупных потребителей, характера рельефа местности и т.д. Трассирование подземных сетей выполняется с учетом планировки микрорайона, расположения существующих подземных сетей и сооружений, рельефа местности и грунтовых условий. Способ прокладки подземных инженерных сетей выбирают с учетом строительных и эксплуатационных затрат, особенностей местных условий и т.п.
Для прокладки подземных коммуникаций составляют план совмещенных трасс коммуникаций и сетей, размещаемых, как правило, вдоль магистральных улиц прямолинейно и параллельно линиям застройки, с минимально возможной длиной линии. Глубину заложения назначают в зависимости от технологических особенностей, с учетом ряда факторов, влияющих на условия работы подземных сетей.
Размещение инженерных коммуникаций относительно поверхности земли определяется в соответствии со СНиП 2.07.01-89*. При совмещенной прокладке трубопроводов в одной траншее или в канале разрывы между трубопроводами сокращаются до минимально необходимых для монтажа и ремонта сетей.
Расположение подземных инженерных сетей зависит от способа их размещения под городскими улицами и на территории микрорайона. Обыкновенно применяются следующие способы размещения: в грунте, каналах и коллекторах, технических подпольях зданий.
В общих коллекторах размещают сети водопровода, теплоснабжения, электрические кабели и газовые сети (если коллекторы оборудованы приточно-вытяжной вентиляцией и автоматической сигнализацией) (рис. 2.116).
Унифицированные размеры общих коллекторов принимаются следующими: высота 180 + 300 см с интервалом 30 см; ширина 170 270 см с интервалом 20 см. При большом количестве сетей или при больших диаметрах трубопроводов сооружают двухсекционные коллекторы (рис. 2.117).
В плане проектирование общих коллекторов должно проводится параллельно красной линии или оси проезжей части, под
тротуарами, зелёными полосами и в отведённых технических зонах.
Глубину заложения коллекторов назначают, исходя из проектных отметок вертикальной планировки территории, несущей способности их конструкций и условий температурного режима. Продольный профиль коллектора проектируется таким образом, чтобы обеспечить самотечный сток аварийных и грунтовых вод. По всей длине коллектора предусматривают водосточную канавку. Внутренние габариты принимаются исходя из условий осмотра и ремонта инженерных сетей,
Рис. 2.117. Двухсекционный коллектор из сборных элементов: 1 — трубопроводы теплоснабжения, 2 — водопровод, 3 — кабели связи, 4 — электрические кабели
Рис. 2.116. Проходной односекцион-ный коллектор:
1 — кабели связи, 2 — электрические кабели, 3 — водопровод, 4 — подающий теплопровод, 5 — обратный теплопровод
но не менее: 180 см — высота прохода в свету, 80 см — ширина прохода.
В последние годы в отечественном и зарубежном тоннелестроении наметилась тенденция к проектированию и строительству коллекторных тоннелей глубокого заложения [Саари, Рей-нисто, Лайне, 1993; Курносое, Харитоненко, 1997; Datteln, 1998; Лернер, Петренко, 1999]. Исследования, проведённые ещё в 1978 году финскими учёными, показали, что прокладка теплофикационных сетей в тоннелях более выгодна по сравнению с обычно применяемыми способами. В этом случае уменьшаются потери тепла при передаче, возникает возможность, по мере необходимости, наращивать объёмы теплопередачи за счёт прокладки в тоннеле дополнительных трубопроводов, сокращается длина пути теплопередачи. На рис. 2.118 приводится сравнение вариантов прокладки теплосети в г. Турку (Финляндия): тоннель глубокого заложения и коллектор мелкого заложения.
Для обслуживания и контроля за состоянием таких тоннелей в Германии разработаны специальные конструкции колодцев и шахт, обеспечивающие их повышенную надёжность. Конструкция смотровой шахты диаметром 135 -г-180 см включает малогабаритное закрытое надшахтное строение, оборудованное необходимой контрольно-измерительной аппаратурой, соответствую-
Рекомендовано АСВ для студентов, обучающихся по специальностям 290300 "Промышленное и гражданское строительство", 291400 "Проектирование зданий" и бакалавров по направлению 550100 "Строительство"
Москва Архитектура-С 2004
УДК 624 ББК 38.78 К 65
Конюхов Д.С.
К 65 Использование подземного пространства. Учеб. пособие для вузов. - М.: Архитектура-С, 2004. — 296 с, ил.
ISBN 5-9647-0008-Х
В учебном пособии приводится широкий обзор истории освоения подземного пространства в различных странах мира, подробно рассматриваются все существующие типы подземных сооружений, экологические аспекты строительства и использования подземных сооружений. Большое внимание уделено повторному использованию ранее построенных подземных объектов и отработанных горных выработок.
Для студентов строительных и архитектурных вузов и факультетов.
ББК 38.78
ISBN 5-9647-0008-Х
© Д.С. Конюхов, 2004 © Архитектура-С, 2004
ПРЕДИСЛОВИЕ
Инженерное освоение подземного пространства — это одно из важнейших направлений, обеспечивающих устойчивость развития современного общества.
Учебное пособие, которое вы держите в руках, предназначено для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению 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 горных выработок. В книге рассматриваются проблемы надёжности и долговечности 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 декана факультета Гидротехнического и специального строительства, заведующего кафедрой Подземного строительства и гидротехнических работ МГСУ, доктора техн. наук, профессора М.Г. Зерцало-ва. Автор искренне благодарит рецензентов: докторов техн. наук, профессоров И.Я. Дормана и В.Е. Меркина за ценные советы и замечания при подготовке рукописи.