Опыт использования подземного пространства в городах. Использование подземного пространства

Конюхов Д.С.

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

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

ПРЕДИСЛОВИЕ

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

ВВЕДЕНИЕ

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

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

строительство зданий и сооружений в условиях стеснённой городской застройки;

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

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

сохранение и восстановление уникальных объектовландшафтной архитектуры;

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

улучшение транспортного обслуживания, повышениебезопасности движения, снижение уличных шумов;

сокращение длины инженерных коммуникаций;

защита населения в периоды возможных природных итехногенных аварий и катастроф.

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

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

Этого благоприятного влияния можно достичь за счёт:

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

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

— контроля за просадками дневной поверхности и ихпредотвращение;

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

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

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

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

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

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

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

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

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

1. ИСТОРИЧЕСКИЙ ОБЗОР ИНЖЕНЕРНОГО ОСВОЕНИЯ ПОДЗЕМНОГО ПРОСТРАНСТВА

1.1. Краткий исторический обзор подземного строительства в мире

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

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

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

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

3) средневековье (V—XI вв.);

4) новое время (после XII вв.).

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

существующие горные выработки с расширением отдельных участков до необходимых размеров;

горизонтальные горные выработки внутри холмов или гор;

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

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

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

В условиях современных городов во многих случаях целесообразно их многоуровневое развитие, включающее широкое использование подземного пространства. Э. Утуджян, один из пионеров подземной урбанистики , подчеркивая целесообразность широкого развития многоуровневого строительства, отмечал, что "использование подземных сооружений позволит пересмотреть структуру городов и разгрузить их, избавив от заводов, рынков, вокзалов, складов и всяческих хранилищ, от транспортных магистралей и т.п. Эти сооружения парализуют город, и хотя без них невозможна повседневная жизнь, они "бездушны", поэтому нет никаких оснований отводить для них наружные пространства и объемы, которые можно использовать более рационально. Если избавиться на поверхности земли от сооружений, которые там не нужны и только портят ландшафт и отравляют воздух, можно за счет их увеличить площадь зеленых насаждений, разбить новые парки и скверы, построить стадионы. Все подземные сооружения будут защищены от внешних воздействий:

Не нужно будет опасаться пожаров;

Перестанут угрожать людям шумы и колебания атмосферных условий.

В подземном пространстве городов целесообразно широко размещать транспортные сооружения (метрополитен, железнодорожные и автомобильные туннели и вокзалы, гаражи, автобазы), предприятия культурно-бытового обслуживания , зрелищны е , спортивные и торговые объекты (в особенности в сочетании с подземными переходами и сооружениями транспорта), инженерные сооружения и коммуникации (трубопроводы, кабели, коллекторы, электроподстанции, трансформаторные подстанции, станции перекачки и подкачки, центральные тепловые пункты, котельные, очистные сооружения), склады (продовольственные, промтоварные, горючего, холодильники и пр.).

Расчеты по совокупности социально-экономических, инженерно-экономических и градостроительных факторов показывают высокую эффективность использования подземного пространства городов. Научные и проектные разработки по многим городам подтверждают реальность и целесообразность использования в широких масштабах подземного пространства городов . Накоплен большой положительный опыт подземного строительства (в нашей стране - в первую очередь при сооружении метрополитенов).

ПЛАНИРОВОЧНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ СОВРЕМЕННОГО ГОРОДА

Наиболее важными принципами проектирования города, определяющими его планировочную организацию, являются:

Четкое функциональное зонирование территории;

Гибкость планировочной структуры, обеспечивающая беспрепятственное развитие города;

Дифференциация транспортных магистралей;

Организация эффективной системы обслуживания;

Создание экологической инфраструктуры города, включающей единую систему зеленых насаждений и мероприятия по охране окружающей среды;

Эффективное и экономичное оснащение города всеми видами инженерного обслуживания. Необходимое условие - выполнение композиционных требований к плану города: развитие городского центра и взаимодействующих с ним районных общественных центров, создание привлекательного силуэта города и обеспечение зрительного восприятия его главных природных и архитектурных доминант.

При проектировании города необходимо выделить его "каркас" - территории наиболее интенсивного освоения и сосредоточения наиболее важных функций. "Каркас" - наиболее устойчивая во времени основа пространственно-планировочной организации города.

Промышленные зоны города (ПЗ) различаются в зависимости от профиля расположенных в их пределах промышленных производств, определяющих размеры этих зон и необходимые санитарные разрывы от них. Главные требования к взаиморасположению ПЗ и селитебных районов:

1. 1). Их территориальное развитие не должно противоречить друг другу:

Они не должны располагаться чересполосно; промышленность не должна перекрывать возможности развития селитебных зон (СЗ), и наоборот; промышленность следует размещать так, чтобы она не закрывала выход из СЗ к реке или берегу моря; СЗ недопустимо располагать над залеганиями полезных ископаемых.

2). ПЗ должны развиваться со строгим соблюдение санитарно-гигиенических требований (выполнение условий, связанных с охраной воздушного бассейна:

Исключение подветренного размещения СЗ по отношению к источнику выбросов; обеспечение необходимых разрывов с учетом класса санитарной вредности предприятий и их групп;

Обязательное удаление санитарно-вредных предприятий на большое расстояние;

Озеленение ПЗ и санитарных разрывов между ПЗ и СЗ;

Обеспечение требований охраны водного бассейна города и др.

2. Взаимное расположение ПЗ и СЗ должно быть удобно для организации пассажирских связей между ними и не препятствовать обслуживанию предприятий городским транспортом (например, нежелательно одностороннее размещение ПЗ и СЗ по отношению друг к другу). ПЗ необходимо конструировать комплексно, возможно сочетание в одной зоне предприятий разного профиля. "Чистые"промышленные предприятия и научно-технические центры - можно среди СЗ. Селитебная территория – занимает примерно 1\2 территории современного города. Жилая застройка брутто - 50% (из нее выделяются территории жилой застройки нетто - без общ. учреждений, зеленых насаждений, проездов внутри микрорайонов - 50% от брутто или 12-13% городской территории); улицы и площади - 15-20%; участки городских общих зданий и сооружений. - 15-20%; общегородские озелененные пространства - 10-15%. Размеры необходимых СЗ - 10 га на 1000 жит. Современная планировочная структура города основывается на прогрессивных идеях середины 20 в. - дифференциация транспортных магистралей, изоляция мест расселения от потоков массового автомобильного транспорта, ступенчатая организация обслуживания, широкое озеленение вокруг домов.

ДЕМОГРАФИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

Среди прогнозов, имеющих наиболее важное значение для проектирования расселения и городов, особенное место занимают демографические прогнозы .

При проектировании расселения и городов в перспективе следует учитывать следующие тенденции и проблемы:

1.Мозаичность , асимметрия демографической ситуации . Не существует и вряд ли будет существовать одинаковая демографическая ситуация в разных странах и регионах мира.

2. Вынужденные миграции . Внезапный распад Советского Союза стал трагедией для миллионов людей, оказавшихся по разные стороны государственных границ. Сотни тысяч людей покидают районы национальных конфликтов или районы с нарастающей межэтнической напряженностью. Между тем Россия не готова сейчас принять столь огромное число переселенцев в условиях экономического кризиса, дороговизны жилищного строительства и т.д.

3. Необходимость управления миграционными процессами . Крайне важными задачами миграционной политики, возникшими в последние годы, стало регулирование миграционных потоков, устремившихся из ближнего зарубежья, с севера, где в ряде мест сосредоточены слишком значительные и неэффективно используемые трудовые ресурсы, расселение демобилизуемых военнослужащих и др.

4. Изменения в структуре населения и занятости . Следует учитывать ожидаемые большие изменения в возрастной структуре населения и в структуре занятости. Эти изменения наиболее четко фокусируются в трех фундаментальных тенденциях. Во-первых , по мере роста продолжительности жизни и совершенствования пенсионного обеспечения увеличивающуюся долю населения составят лица в возрасте старше трудоспособного. Во-вторых , при сокращении доли населения в трудоспособном возрасте произойдет уменьшение численности занятых в производственных процессах, поддающихся механизации и автоматизации, и расширится занятость в сфере услуг, управлении, науке и научном обслуживании. В-третьих , уже в ближайшие десятилетия коренным образом изменится "трудовой цикл" человека. Эти изменения должны быть ясно оценены и своевременно предусмотрены в процессе прогнозирования и проектирования с учетом весьма значительных региональных особенностей.

5. Возрастающая роль рационального использования квалификации и трудовых навыков населения . Помимо общего требования внимательного учета этого фактора при проектировании расселения и городов важно использовать сложившиеся "сгустки" квалифицированных кадров и научно-технического потенциала. При проектировании расселения и городов необходим всесторонний и глубокий анализ населения и трудовых ресурсов, а также тщательное исследование возможных вариантов роста и изменения структуры населения.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Виктор ОСАДЧИЙ

Введение

В последние годы в большинстве крупных городов мира отмечается повышенный интерес к широкому использованию подземного пространства.

Он вызван усилением урбанизации, стремительным развитием наземного транспорта, дефицитом городской территории и рядом других причин. Интенсивное освоение подземных пространств в городах является непременным условием развития современного градостроительства, которое предопределяет возможность эффективного использования городской территории, улучшения состояния внешней среды, сохранения архитектурно-пространственной целостности исторически сложившихся зон города, а также решения комплекса многих других, в том числе социально-экономических задач.

Степень использования подземного пространства, техника и технология ведения работ зависят от величины города, характера и содержания исторически сложившейся и перспективной застройки, концентрации дневного населения в различных частях города, расчетного количества автомобилей, природно-климатических, инженерно-геологических и других условий.

Принципы использования подземного пространства городов: российский и зарубежный опыт

Освоение подземного пространства наиболее актуально в центральных, отличающихся плотной застройкой и наиболее посещаемых районах города. Общественные центры города, включают: центральную зону города, главные магистрали, крупные общественно-транспортные узлы. Эти зоны являются местами концентрации «дневного» населения, обслуживание которого должно быть максимально приближено к местам его нахождения. В центральной зоне города наличие ценного историко-архитектурного наследия, целостности градостроительных ансамблей прошлого не позволяет развивать в достаточной степени административно-деловые, культурно-зрелищные и торговые функции, а также расширять уличную сеть и площади озеленения открытых пространств. Поэтому центральная часть города является местом наиболее интенсивного использования подземного пространства для размещения данных объектов. Приближения предприятий торговли и общественного питания, зрелищных и коммунально-бытовых объектов к участкам концентрации населения увеличивает их посещаемость, повышает их покупательную способность и рентабельность эксплуатации.

Такие предприятия располагаются:

• - под центральными улицами (в Киеве, в Белграде, в Токио)
• - под площадями и пересечениями центральных улиц (в Вене, Беллария, Бабенбергени Шоттентор, в Мюнхене, в Москве)
• - в системе общественно-торговых центров (в Стокгольме, в Филадельфии, в Монреале)

В столице Поднебесной г. Пекине к 2020 г. Китайцы планируют построить подземный город. Площадь освоенной территории составит порядка 90 млн м2. На территории города планируют создать несколько финансовых районов, в которых размесятся банки и другие экономические структуры, а также транспортные развязки, крупные торговые центры. По словам архитекторов, ежегодно планируется вводить в строй до 10 млн м2.

В мировой практике перечень подземных и полуподземных сооружений весьма обширен и включает театральные, концертные и выставочные залы (театр « Латерна магика» и зал «Альгамбра» в Праге, консерватория и Центр искусств и ремесел в Париже, музей современного искусства в Нью-Йорке), торговые залы универсальных магазинов и рынков (Галери-Лафайет в Париже, Булл-Ринг в Бирмингеме), торгово-пешеходные комплексы и улицы-пассажи (Хельсинки, Вена, Осака), железнодорожные вокзалы (Варшава, Брюссель, Копенгаген, Неаполь, Сидней, Монреаль), автобусные вокзалы (Чикаго, Нью-Йорк, Лос-Анджелес) и аэровокзалы (в Париже, в Риме, в Брюсселе, в Вашингтоне), метрополитены действующие в более чем 150 городах мира.

Сейчас самой протяженной в мире подземной транспортной сетью является метрополитен в г. Лондоне. На сегодняшний день подземка насчитывает 275 станций, протяженность путей - 408 километров, пассажиропоток лондонского метро составляет 3 млн человек. К 2020 г. Совокупная длина веток пекинского метро в столице по планам китайских метростроителей составит 561 км, в городе будет действовать 19 веток метро.

В связи с широким использованием подземного пространства в крупных городах для транспортных целей многих проектировщиков возникает мысль о целесообразности сооружения целых подземных комплексов многоцелевого назначения, в которых можно было б разместить не только транспортное сооружения, но и все помещения для обслуживания пассажиров по пути их следования.

В последние годы транспортные сооружения все чаще решаются в комплексе с учреждениями обслуживания и торговли. Примерами могут служить автовокзал в Финляндии в комплексе с торговым центром, автовокзал в Голландии, включенный в состав торгового центра, автовокзал в Гамбурге, кооперированный с торговым центром, общественно-транспортные центры в Токио, Мюнхене и других городах.

Во многих городах США создан ряд крупных торговых центров, обеспечивающих предельную концентрацию обслуживания. В состав таких торговых центров обычно включаются продовольственные и промтоварные магазины, кафе, рестораны и другие общественные сооружения, вплоть до концертных залов, катков с искусственным льдом и плавательных бассейнов. Например, в торговом центре Ля-Рошель площадью 44 га размещаются железнодорожная и автобусная станции, гараж на 5 тысяч машин, театр, зал универсального назначения, гостиница. площадь торговых помещений - 72 тыс м2.

Для транспортного обслуживания в новых общественных центрах создается, как правило, несколько подземных уровней, используемых для движения рельсового подземного транспорта, пешеходных переходов, подземных стоянок и гаражей. Обычно на самом нижнем подземном уровне находится станция метрополитена и подземные участки городских подземных дорог; выше располагаются подземные тоннели для автотранспорта и подземные сооружения для пешеходов.

Для новых общественных центров Парижа, Монреаля, Хельсинки, Лос-Анджелеса, Лондона и других городов проектируются подземные участки магистралей, нередко пересекающие весь город в нескольких ярусах.

Несколько лет назад законченно строительство общественного центра в Париже.

Новый центр включает общественные, административные и жилые здания. В нем полностью разделены пути движения пешеходов и транспорта. Комплекс сооружения имеет многоярусную композицию с четырьмя-пятью подземными этажами. Все виды городского транспорта в новом общественном центре сосредоточены в подземном пространстве.

Основная транзитная автомагистраль Париж-Нормандия проходит в пределах общественного под землей, по ней пройдут основные автобусные маршруты и экспрессная линия метрополитена, связывающая новый центр со старыми центральными районами города.

На нижнем (четвертом от поверхности) подземном уровне проложена экспрессная линия метрополитена со станцией, расположенной около основных общественных сооружений комплекса. Следующий (третий от поверхности) подземный уровень отведен для движения автотранспорта дальнего сообщения. Еще выше проходят автобусные линии местного сообщения с автовокзалом. Самый верхний подземный уровень занят подъездами к зданиям, соединенными с периферийными трассами с односторонним движением с развязками в трех пунктах.

В Финляндии осуществляется проект планировки и застройки новых 3-х уровневого общественного центра в Хельсинки. Он запроектирован на берегу залива Тееле на участке, ограниченном железнодорожным вокзалом и зданием парламента. Для полного разделения движения пешеходов и транспорта на всех автомагистралях в местах пересечения предусмотрены подземные развязки. В подземном пространстве разместятся автостоянки и гаражи для этого района, будут построены переходы, связанные с подземными автостоянками, торговыми и обслуживающими учреждениями.

Для обслуживания населения Монреаля, а также близлежащих городов и пригородов в даунтауне создается крупный комплекс торговых, общественных и транспортных сооружений. Новый общественно-транспортный центр города сооружается на месте старой застройки.

В состав комплекса входят три крупных универсальных магазина, 4 отеля, 8 кинотеатров, 5 высотных административных зданий, 30 ресторанов, 20 крупных специализированных магазинов и крытых рынков, подземные многоярусные автостоянки на 9 тыс. машино-мест. Полезная площадь расположенных в центре магазинов, ресторанов, кинотеатров, книжных магазинов и пешеходных галерей превысит 1 млн. кв. футов (90 тыс. м 2).

Через новый центр проходят главные транспортные артерии города: три подземные линии метрополитена, подземные автомагистрали и две железнодорожные линии (Национальная и Тихоокеанская). Подземная скоростная автомагистраль должна соединять центральную зону города с Трансканадской автострадой. К ней должны примыкать пешеходно-торговые переходы протяженностью 6, 4 км, связанные с подземными автомобильными стоянками, станциями метрополитена, служебными подъездами для грузовых автомобилей и двумя центральными железнодорожными вокзалами.

В Москве на месте гостиница «Россия» будет построен многофункциональный комплекс с гостиницами, киноконцертным залом, залом для камерной музыки, с предприятиями торговли и общественного питания.

Планируется максимально использовать подземное пространство - будут оборудованы автостоянки более чем на тысячу мест. В подземной части комплекса будет воссоздан облик улиц Москвы, системой подземных переходов свяжут Красную площадь и Манежный комплекс на Охотном ряду.

В мировой практике быстрыми темпами идет развитие строительства подземных паркингов и гаражей. Преимущества подземных гаражей и паркингов очевидны. Подземные сооружения дает существенную экономию территории (или практически ее совсем не требуют, за исключением выездного устройства), поскольку могут быть размещены под существующими парками, скверами, площадями, зданиями т. д. Кроме того, для подземных (полуподземных) гаражей могут быть использованы территории, которые не удалось использовать для других целей (овраги, участки с большим уклоном, разного рода выемки, небольшие карьеры и т. п.)

В функциональном отношении подземные гаражи способствуют разделению транспортного и пешеходного движения, общей разгрузке наземного пространства. Например, в г. Москве осуществляется несколько таких проектов. На подземном пространстве под площадью Тверской заставы ведется строительство транспортной развязки с многофункциональным комплексом общей площадью 107387, 5 кв. м., включающим и многоярусный подземный гараж - стоянку на 731 машино-мест, общей площадью 27715 кв. м. Трехуровневый паркинг на 1000 машино-мест будет построен и под Пушкинской площадью. Дополнительно там будут выстроены сувенирные магазины, кафе и небольшой выставочный зал.

Заслуживает внимание стремление к созданию целостной системы подземных сооружений, обслуживающих центральную зону города.

Во многих крупнейших городах мира при реконструкции и строительстве общественных центров основное движение пешеходов проектируется под улицами и площадями на глубине 3, 5м. по подземным пешеходным улицам-переходам с распределительными подземными залами, имеющими световые озелененные колодцы (для освещения подземных помещений). На одном уровне с этими пешеходными подземными коммуникациями сооружаются подземные торговые культурно- бытовые, зрелищные помещения спортивные объекты кафе и рестораны со входами, ориентированными непосредственно на пешеходный подземный уровень. Длина подземных пешеходных коммуникаций измеряется сотнями и тысячами метров.

Современный уровень развития подземного строительства в мегаполисах позволяет решать большинство задач по экономически эффективному и экологически безопасному размещению социально значимых объектов комплексно и оперативно. Годовые темпы сооружения подземных объектов в общем объеме строительства находятся в достаточно большом диапазоне: от 5-8 % в городах, только осваивающих эту область хозяйственной деятельности (например, в Москве), до 25-30% в крупнейших мегаполисах с большим опытом в данной сфере (например, в Париже, Токио, Лондоне).

Отечественная и зарубежная практика использования подземного пространства свидетельствует о большом значении подземного строительства в городах. Масштабы и виды размещаемых под землей городских объектов должны обусловливаться социальными, экономическим и градостроительными соображениями, исходя из необходимости создания наилучших условий обслуживания населения, а также обеспечения наиболее рационального использования городских территорий, повышения эффективности капитальных вложений в градостроительство.

Рост численности жителей наших городов и уровень их потребностей в условиях жилья, отдыха и жизни непрерывно растет. Город вынужден уходить в небо, развиваться периферийно и все глубже, глубже и глубже опускаться под землю.

Стратегический инновационный подход к реализации проектов освоения подземного пространства современного города является злободневным ответом на вопрос о совершенно новом понимании комфортной среды.

Введение

В процессе естественного развития любых систем - технических, производственных и градостроительных возникает барьер, преодолеть который с помощью простого количественного накопления традиционных технологических приемов просто невозможно.

Обычно в качестве классического примера приводят проблему барьера мощности в авиации, когда дальнейшее увеличение скорости и высоты полета - этих важнейших показателей технического прогресса - оказалось невозможным на самолетах с поршневым двигателем. Этот барьер был успешно преодолен переходом авиастроения на реактивную тягу.

Сегодня в области градостроительства в ходе решения социальных, транспортных и экологических проблем возник, так называемый, «барьер пространства и техники».

В настоящее время площадь земной поверхности, занятой под объекты жилищного, промышленного, хозяйственного и социально-культурного назначения, транспортные, энергетические и другие виды инженерных коммуникаций, составляет более 4% от всей поверхности суши. Площадь застройки в некоторых государствах Европы уже достигает 15, а то и 20 процентов от их общей территории.

Площади, проспекты и улицы городов заполонили «полчища» автомобилей, количество которых растет в геометрической прогрессии, требуя расширения проезжей части и числа парковочных мест.

Освоение новых территорий неминуемо ведет к сокращению лесных угодий и уменьшению площади земель, пригодных для производства сельскохозяйственной продукции.

Нехватка земли в городах, а особенно в мегаполисах, побуждает градостроителей всего мира искать дополнительные способы для развития территорий.

Мировой опыт показывает, что в градостроительстве необходимо отказаться от старой формы проектирования - плоскостной застройки городских территорий по принципу «один к одному» с независимо выполненной от них инженерной инфраструктурой.

Время и сложившиеся обстоятельства диктуют необходимость перехода от горизонтального к вертикальному зонированию городского пространства, которое способно обеспечить формирование комфортной жилой и производственной среды, на основе глубинно-пространственной организации всей системы объектов, как целостного организма, включая и жилищный фонд, и всю необходимую социально-производственную и инженерную инфраструктуру, создаваемую на подземном уровне. В современной градостроительной науке данный процесс именуется «комплексным освоением подземного городского пространства».

Подземное городское пространство - это пространство под дневной поверхностью, используемое для расширения среды обитания горожан, реализации приоритетов эколого-экономического благополучия и устойчивого развития, создания условий жизнедеятельности людей в экстремальных обстоятельствах.

Занимается изучением подземного городского пространства, формированием стратегии его инновационного развития и застройки научная дисциплина под названием «подземная урбанистика».

Цель этой статьи - познакомить читателей с актуальными проблемами инновационного развития подземного городского пространства, а также с основными теоретическими компонентами подземной урбанистики и современным опытом решения проблем, встречающимся в отечественной и зарубежной практике. В задачу автора не входило освещение вопросов метростроения, поскольку этот специфический вид транспортного строительства достаточно хорошо освещается в средствах массовой информации.

Основы понятия о подземной урбанистике

Подземная урбанистика или подземный урбанизм, подземная урбанизация (underground urbanistics ) есть область архитектуры и градостроительства, связанная с комплексным использованием подземного пространства городов и других населённых пунктов, отвечающая требованиям градостроительной эстетики, социальной гигиены, а также технико-экономической целесообразности.

Главная цель подземной урбанистики - обеспечение оптимальных условий труда, быта, отдыха и передвижения горного населения, увеличение площади открытых озеленённых пространств на поверхности, формирование здоровой, удобной и эстетически привлекательной горной среды.

На развитие подземной урбанистики сильно влияют различные факторы, такие как:

• характеристики окружающей среды и технические характеристики (подземные воды, почвы и горных пород);
• знание подземных особенностей и существующие представления о подземном пространстве, а также информационные базы данных ;
• архитектурные представления и организация городского пространства;
• легализация и административные возможности, особенности земельной собственности, регуляция землепользования , защита окружающей среды и конструктивные возможности;
• экономические факторы (стоимость земли, издержки между надземным и подземным строительством), полный цикл использования сооружения и внешние факторы;
• психо-социологические аспекты поведения человека в подземном пространстве.

Главной задачей является использование этих возможностей таким образом, чтобы максимально использовать преимущества окружающей среды, общества и экономики. Технически эта проблема трудноразрешима, но может быть успешно реализована, если задачи социально и политически приемлемы, экономически возможны, выгодны и легальны.

Планомерное использование подземного пространства ведётся во взаимосвязи с поверхностной планировкой и застройкой, с различными видами и типами имеющихся подземных сооружений и учётом последующих этапов развития города.

Это требует разработки специальных разделов в генеральных планах городов и в проектах детальной планировки и застройки.

Степень использования подземного пространства, техника и технология ведения работ зависят от величины города, характера и содержания исторически сложившейся и перспективной застройки, концентрации дневного населения в различных частях города, расчётного уровня автомобилизации, природно-климатических, инженерно-геологических и других условий.

В соответствии с этим в генеральном плане города и проекте детальной планировки выделяют зоны с различной степенью и очерёдностью использования подземного пространства.

Мировой опыт свидетельствует, что на современном этапе стратегия решения сложных социально-экономических и градостроительных задач осуществляется посредством формирования пространственной структуры городов за счет создания многоуровневых и многофункциональных городских образований с максимальным развитием по вертикали, с комплексным использованием подземного пространства по единому градостроительному плану, увязанному с генеральным планом развития города.

Потребность в сооружении подземных объектов самого разного назначения и задачи инновационного развития подземной инфраструктуры требуют эффективного сотрудничества ученых и специалистов, представляющих различные направления в геомеханике и геотехнике, градостроительстве и архитектуре, что неизбежно способствуют сближению и взаимообогащению специалистов различных направлений и различных научных школ.

Одновременно намечается изменение общей стратегии градостроительства: на смену централизованной схеме застройки с наивысшей плотностью (как на поверхности, так и под землей) в центре городской агломерации предлагается основную часть объема многоэтажного наземного строительства (при относительно менее плотном подземном) рассредоточить в пригороде.

При такой концепции строительства особенно актуальной становится проблема системного подхода к освоению подземного пространства на глубине 20-50 м. В настоящее время оно используется лишь под транспортные и коммунальные сети и рассредоточенные объекты разнообразного назначения относительно мелкого заложения.

Небольшой экскурс в историю зарождения подземной урбанистики

Недра земли всегда таили в себе что-то страшное, собственно, как и другие неизведанные человеком пространства. Эти страхи идут из глубин веков. Однако человечество, борясь за свое существование, было вынуждено «наступить на горло» страху подземного пространства

Известно, что первым жильем человека была пещера. Она защищала его от непогоды, оберегала от хищников, сохраняла тепло и покой. С помощью нехитрых приспособлений человек выкапывал, выцарапывал и выскребал ее вширь и вглубь. Иногда пещеры образовывали целое поселение.

С древних времен и до наших дней сохранились города под землей, самые крупные из которых находятся в турецкой области Каппадокия. Раскопки показали, что в сложной системе подземных помещений предположительно жило до 100 тысяч человек. Этот сумеречный мир со своей особой культурой основали первые христиане, скрывавшиеся от гонений римских язычников.

Один из подземных городов – Каймакли протянулся на 19 км и состоял из 8–10 уровней, где находились жилые помещения, склады, церкви, монастыри, пешеходные коридоры и кладбища. Археологи, раскопавшие город в 60-х годах, были поражены совершенством системы вентиляционных тоннелей длиной 70–80 м, шахт и труб, которая позволила не только подавать чистый воздух на такую глубину, но и контролировать его влажность и температуру.

В XVI столетии Леонардо да Винчи предложил устраивать улицы в разных уровнях для отдельного движения «сеньоров» и простого люда. И только в настоящее время этот накопленный человечеством опыт может быть оценен по достоинству и использован.

Однако масштабное городское подземное строительство началось лишь во 2-ой половине XIX века. Этому способствовало появление и развитие рельсового транспорта. С 20-30-х гг. интенсивное развитие автомобильного транспорта поставило перед архитекторами и инженерами сложную задачу улучшения пропускной способности, увеличения скорости транспорта и при этом создание безопасного и комфортного пересечения людских и транспортных потоков.

Так началось строительство подземных железных дорог (метрополитена) и автомобильных тоннелей. Транспорт начал уходить под землю, и не только для его эксплуатации.

В 40-х гг. началось крупное строительство подземных гаражей и стоянок для транспорта. С 60-х гг. осуществлялось строительство тоннелей уже для пешеходов, со временем они стали насыщаться торговыми функциями, чтобы приблизить людей к привычной для них комфортной обстановке.

Краткие сведения о современном подземном городском хозяйстве и общие принципы классификации подземных сооружений

Современное система подземного городского хозяйства включает в себя инженерно-транспортные подземные сооружения, предприятия торговли и общественного питания, зрелищные, административные и спортивные здания и сооружения, объекты коммунально-бытового обслуживания и складского хозяйства, промышленные объекты и инженерное оборудование.

К инженерно-транспортным сооружениям относятся пешеходные, автодорожные и железнодорожные тоннели , тоннели и станции метрополитена и скоростного трамвая, автостоянки и гаражи, отдельные помещения и устройства вокзалов.

Подземные предприятия торговли и общественного питания включают торговые залы и вспомогательные помещения кафе-буфетов, столовых, закусочных и ресторанов, торговые киоски, магазины, отдельные секции универсальных магазинов, торговые центры и рынки.

Подземные зрелищные, административные и спортивные здания и сооружения состоят из кинотеатров, выставочных и танцевальных залов, отдельных помещений театров и цирков, залов заседаний и конференц-залов, книгохранилищ, помещений архивов, запасников музеев, стрелковых тиров, биллиардных, плавательных бассейнов и помещений спортивных клубов.

Объекты коммунально-бытового обслуживания и складского хозяйства, расположенные под землей, это - приёмные пункты, ателье и фабрики бытового обслуживания, парикмахерские, бани и душевые, механические прачечные, продуктовые и промтоварные склады, овощехранилища, холодильники, ломбарды, резервуары для жидкостей и газов, склады горюче-смазочных и других материалов.

К объектам промышленного назначения и энергетики, размещаемым под землёй, относятся отдельные лаборатории, цеха и производства (особенно те, в которых необходима тщательная защита от пыли , шума, вибрации, перемены температур и других внешних воздействий), тепло- и гидроэлектростанции, промышленные склады и хранилища.

Практически все городское инженерное оборудование - трубопроводы (водоснабжения, канализации, теплоснабжения, газоснабжения), водостоки и ливнестоки, кабели различного назначения - это подземные сети. Все больше и больше трансформаторных подстанций, вентиляционные камер, бойлерных и котельных, газораспределительных станций, очистных и водозаборных сооружений, общих сетевых коллекторов размещаются в городском подземном пространстве.

Подземные сооружения весьма многообразны. Они могут быть классифицированы по назначению, месту расположения в городе, по объемно-планировочной схеме, глубине заложения, количеству ярусов и т.д.

Применительно к задачам подземной урбанистики наиболее часто используется классификация «по назначению». В соответствии с ней все подземные сооружения подразделяют в зависимости от времени пребывания человека на объекте:

• дежурно-сменного пребывания до 24 часов
• длительного пребывания до 3 - 4 ч;
• временного пребывания до 1,5 - 2 ч;
• кратковременного пребываниям не более 5 - 10 мин;
• помещения и сооружения без присутствия людей.

Подземная урбанистика и практика использования подземного пространства в современных условиях.

Новаторами подземного градостроительства являются Канада, Япония и Финляндия.

В Канаде в 1997г. был построен целый подземный город - РАТН. Жителям достаточно выйти из дома и спуститься вниз - и они без препятствий доберутся на работу. Отпадает необходимость в зимней одежде и автомобиле.

В Монреале расположен самый большой «подземный город» (La ville souterraine) площадью 12 млн. кв. м. Продвигаемый мэрией как одна из местных диковин, город интересен не только размерами. Проектировщики доказали, что внизу можно размещать не только то, что хочется убрать с глаз, - трубы, склады. В La ville есть почти все нужное для жизни: торговые центры, отели, банки, музеи, университеты, метро, пересадочные узлы железной дороги, автостанция и другие объекты развлекательной и деловой инфраструктуры.

В Японии находится самый крупный подземный город страны - Яэсу. В нем располагаются 250 ресторанов, магазинов и других объектов обслуживания. По статистике Яэсу посещают каждый месяц от 8 до 10 млн. человек.

В Пекине в соответствии с программой, утвержденной городским правительством, через пять лет весь транспорт с поверхности будет убран под землю - люди смогут свободно передвигаться по улицам, отдыхать в парках, дышать свежим воздухом.

В интенсивном строительстве подземных сооружений государство, профессиональное градостроительное сообщество и девелоперы видят одно из самых перспективных направлений развития городов России.

Подземная урбанистика рассматривается в качестве ключа к решению многочисленных проблем, беспокоящих все крупные города страны, где возрастающая плотность застройки усугубляется стремительным ростом автопарка и неизбежными сбоями в работе общественного транспорта.

Своеобразным началом новой градостроительной эпохи Москвы стало сооружение в 1997 г. у стен Кремля, на месте Манежной площади, торгово-развлекательного комплекса «Охотный ряд», расположенного, главным образом, ниже уровня поверхности земли. В многоярусном подземном комплексе площадью около 70 тыс. кв. м. разместились самые разные объекты: археологический музей и офисы, торговый центр и бары-кафе-рестораны, стоянки автомобилей и гаражи. По сути дела, появился небольшой подземный город.

Сразу же началось освоение прилегающих подземных пространств под Тверской улицей и Большой Дмитровкой, а также строительство гигантского наземно-подземного комплекса «Москва-Сити» на малоосвоенном участке берега Москвы-реки в районе Красной Пресни.

Здесь фантазия архитекторов разыгралась: проектом предусмотрено возвести не только станции двух новых линий метрополитена, но и многоэтажные подземные гаражи и станции монорельсовой дороги, которая должна связать комплекс с международным аэропортом «Шереметьево». Время, правда, внесло в эти планы свои коррективы, но показательна уже сама «глубина размаха », которая со скрипом, но приобретает реальные черты.

Освоение подземного потенциала, как основной путь к устойчивому развитию города.

Не секрет, что наши российские города расширяются зачастую сумбурно, безалаберно и стремительно, без какого-либо действенного контроля.

Последствиями такого анархического разрастания является, например, увеличение автомобильных пробок и как следствие уровня загрязнения воздуха, отсутствие зеленых насаждений или затруднительное водоснабжение, что несовместимо с понятием устойчивого развития.

Освоение подземного пространства позволяет эффективно использовать такие функции, как транспортные развязки, торговые центры, театры, объекты общественного питания. Это в свою очередь должно привести к большей компактности городов, обеспечению устойчивого развития города и позволит создать благоприятную среду для жизнедеятельности в результате свободного наземного пространства для отдыха и социальной активности, зелёных полей и жилых районов.

В крупных городах с высокой плотностью населения особенно ценной представляется возможность экономии и рационального использования городской территории при проектировании подземных пространств.

Эксплуатация подземного потенциала позволит более эффективно использовать пространство, сделает систему движения мобильнее, что приведёт к снижению количества вредных выбросов и уровня шума и как следствие - к обновлению и улучшению качества жизни в мегаполисе. При этом уменьшаются протяженность подземных коммуникаций и затраты общественно-полезного времени, улучшается качество транспортного обслуживания населения. Появляется возможность экономии энергетических ресурсов за счет меньших теплопотерь подземных зданий и отсутствия резких температурных колебаний, зависящих от смены сезонов.

Свободное пространство не является единственным ресурсом подземного строительства. В целях достижения устойчивого развития следует так же оптимально использовать грунтовые воды, геоматериалы и геотермальную энергию.

Несмотря на то, что переход от поверхности к глубине осуществляется уже давно и эксплуатируется всё больше городских подземных ресурсов, происходит это, к сожалению, без реального планирования.

Управление потенциалом подземного пространства необходимо для рационального использования ресурсов и предотвращения возможных необратимых последствий хаотичной застройки.

Подземное строительство в современном городе

Выбор зон наиболее активного строительства подземных сооружений определяется градостроительными и функциональными требованиями и целесообразностью использования тех или иных участков и зон города.

Необходимо отметить, что санитарно-гигиенические и психо-физиологические требования устанавливают нормированное пребывание людей под землёй - не более 4-х часов , но ряд существенных преимуществ практически полностью компенсируют данное ограничение, а именно:

• подземные сооружения могут проектироваться под существующими зданиями, дорогами, коммуникациями и даже руслами рек;
• на строительство не влияют перепады рельефа, проблемы инсоляции или затененности соседних существующих объектов, воздействие внешних факторов;
• только подземное пространство позволяет прокладывать кратчайшие пути для транспорта.

Подземные сооружениям обеспечиваются сложной инженерной системой, которая включает в себя: постоянное и надёжное искусственное освещение; вентилирование непрерывной приточно-вытяжной вентиляцией, систему звуковых оповещений; системы поддержания влажности и температуры.

На организацию архитектурно-пространственной среды подземных сооружений оказывают значительное влияние следующие факторы:

• природные условия и характер исторически сложившейся городской среды;
• наличие уже существующих, раннее проложенных коммуникаций и фундаментов соседних зданий, которые, как правило, будут составлять с новыми подземными объектами единую взаимосвязанную систему.

При исследовании природных факторов для определения характера участка и его природных особенностей обязательно проводятся подробные инженерно-геологические и гидрогеологические исследования, составляются инженерно-геологические карты и профили.

Сооружение подземных объектов на небольшой глубине обычно ведется открытым способом, в то время как объекты глубокого заложения строятся закрытым. При возведении подземных объектов проводят водопонижение, закрепление грунтов, гидроизоляцию объектов, применяют конструкции, рассчитанные на горное давление.

Основной упор при создании подземных сооружений Москвы делается на технико-экономические преимущества закрытой проходки и тоннельного строительства. Главное в том, что почти не требуется рыть котлованы, огораживать значительные территории, перекрывать улицы, нарушая ритм и без того напряженного транспортного движения.

Отпадает необходимость в сносе зданий, перекладке подземных коммуникаций, восстановлении дорожных покрытий и зеленых насаждений. Незримо для горожан понемногу создается еще один важный уровень города для более насыщенной и полноценной жизни в перенаселенном мегаполисе.

Экологические преимущества подземных сооружений

В пределах города подземные структуры могут размещаться практически повсеместно, минимально воздействуя на природный ландшафт и окружающую среду. Они надежно защищены от прямого воздействия климатических факторов: дождя и снега, жары и холода, ветра и солнца. Подземные сооружения отличаются повышенной виброустойчивостью и акустической изоляцией. И, наконец, достаточно хорошо защищены от воздействия сейсмовзрывных волн и проникающей радиации, что обеспечивает их неуязвимость от средств массового поражения.

Энергоэффективные аспекты подземных сооружений

Одним из наиболее экономичных решений является подземное размещение складов и холодильников. Так, при подземном расположении стоимость строительства складских зданий в 4 раза ниже, затраты при эксплуатации - в 10,6 раза меньше, чем при наземном размещении.

Стоимость строительства холодильников при подземном размещении в 3,3, а эксплуатационные расходы - в 11,6 раза ниже, чем при наземном расположении. Эти данные получены при сопоставлении подобных крупных холодильников, построенных в Канзас-Сити и Сан-Паулу (США).

При оценке затрат энергии оба холодильника были отключены, что вызвало повышение температуры в наземном холодильнике на 0,6 °С в час, а в подземном - на 0,6 °С в день. Гораздо лучшая теплоизоляция и теплоемкость среды позволяют не только экономить электроэнергию, но и подключать подземные холодильники к электросети, минуя пик потребления электроэнергии, и снижать мощность подземных холодильных установок.

Предварительный вывод

В последние десятилетия наблюдается значительный рост подземного строительства различного назначения и его многофункционального использования. Этому способствовало снижение стоимости подземного строительства. Если раньше стоимость подземных работ была в несколько раз выше чем наземных, то сегодня, в силу совершенствования техники и технологии подземных работ, их стоимость во многих случаях незначительно дороже наземных, особенно в зонах застройки.

Экономическая эффективность подземной урбанизации

Эффективность подземной урбанизации складывается из социально-экономических, инженерно-экономических и градостроительных компонентов.

При выявлении эффективности объекты, размещаемые в подземном пространстве, можно подразделить на три группы.

1. Эффективность размещения под землей транспортных коммуникаций и сооружений определяется на основе: экономии городских территорий за счет площадей для сооружения как самих объектов, так и защитных зон при них; увеличения оборачиваемости транспортных средств; сокращения длительности поездок; доставки грузов; сокращения количества остановок, эко­номии энергетических ресурсов; макси­мальной сохранности существующей наземной застройки; улучшения сани­тарно-гигиенического состояния на­земной среды.

2. Эффективность размещения под землей зрелищных сооружений, предприятий торговли и общественного питания, а также ряда объектов ком­мунально-бытового обслуживания оп­ределяется на основе: экономии тер­ритории, а также сохранения наземной застройки при размещении в сложив­шихся частях города; экономии време­ни населения за счет приближения объектов обслуживания к потреби­телю, по пути его передвижения (по­путное обслуживание); повышения размеров товарооборота и прибыли пред­приятий торговли, общественного пи­тания и культурно-зрелищных пред­приятий за счет удобного располо­жения их в зонах интенсивного скоп­ления пешеходов и пассажиров - потенциальных посетителей перечис­ленных объектов обслуживания.

3. Эффективность размещения под землей объектов складского хозяйства, промышленных зданий и сооружений, коммунальных объектов, отдельных транспортных сооружений, объектов инженерного оборудования определяется на основе: экономии городских территорий; сокращения протяженнос­ти инженерных коммуникаций за счет размещения сооружений и объектов в центре нагрузок; улучшения санитарно-гигиенического состояния городской среды, экономических преимуществ, обусловленных компактным планиро­вочным решением.

Таким образом, на основе комп­лексного использования подземного пространства города эффективность рассматривается в различных сферах:

• социально-экономической - эко­номия времени населением, снижение транспортной усталости, улучшение санитарно-гигиенических условий проживания населения, безопасность пе­шеходов;
• градостроительной - правильный выбор функционального и строительно­го зонирования территорий, решение транспортных проблем, увеличение площади озелененных и водных прост­ранств;
• инженерно-экономической - уско­рение оборачиваемости транспортных средств, повышение скорости движения всех видов транспорта, экономия горючего, снижение затрат на развитие инженерного оборудования, повышение рентабельности предприятий обслужи­вания, концентрация строительства, сокращение его сроков и обеспечение комплексности застройки, экономия эксплуатационных расходов, сокра­щение размеров отчуждения сельско­хозяйственных земель.

Суммарный экономический эффект подсчитывается по каждому виду объектов с учетом экономии террито­рии, сохранения сложившейся застройки и условий эксплуа­тации подземных сооружений: эконо­мии транспортных расходов, транспортного времени, роста торговой при­были и др.

К факторам, удорожающим исполь­зование подземного пространства, от­носятся: геологические и инженерно-геологические условия, усложнение ин­женерно-конструктивных решений под­земных сооружений, стесненность при производстве работ в сложившихся массивах застройки. Подземное строительство вызывает дополнительные объемы земляных работ, усиление несущих и ограждающих конструкций, усложнение работ по гидроизоляции объектов, усложнение устройств санитарно-технического оборудования.

В то же время подземное строительство позволяет сократить затраты на фун­даменты, кровлю, отказаться от ряда конструктивных элементов наземных зданий, таких, как наружные оконные блоки, внутренние водостоки, отделка фасадов и др.

Помимо названных результатов, целесообразность подземного исполне­ния ряда сооружений обусловливается специфическими требованиями эксплуатации самих объектов. При проек­тировании объектов в подземном прост­ранстве следует учитывать благоприятные эксплуатационные фак­торы, такие как неподверженность климатическим воздействиям; относи­тельную стабильность температуры и влажности воздуха, начиная с глубины 5-8 м. Это незаменимая среда для разме­щения под землей складов продо­вольствия, винохранилищ, кладовых кино- и фотодокументов, ломбардов, а также производств, требующих тер­моконстантных условий внутренней среды (радиоэлектроника, точное ма­шиностроение и др.).

Используются и такие положи­тельные характеристики подземных сооружений, как повышенная вибро­устойчивость и акустическая изоляция по сравнению с наземными сооруже­ниями. Преимуществом подземного решения ряда производств и цехов явля­ется способность оснований полов нести повышен­ные нагрузки от тяжелого технологи­ческого оборудования.

Заключение

Рост объемов и масштабов эффективного освоения и развития подземного городского пространства наблюдается сегодня во всем мире. Он связан со всевозрастающей концентрацией населения в этих городах и непрерывным ростом численности автомобильного парка, которые порождают практически все наиболее острые современные городские проблемы - территориальные, транспортные, экологические, энергетические.

Инновационное использование методов и установок подземной урбанистики оказалось единственным способом улучшить и приспособить систему транспортных связей к росту крупнейших городов без значительных изменений традиционной планировочной структуры и застройки.

Научно определены и сформулированы принципы вертикального зонирования городского пространства.

Наиболее близкие к поверхности земли уровни (до отметки - 4 м) отводятся для пешеходов, непрерывного пассажирского транспорта, автостоянок, местных разводящих сетей. Уровни от - 4 м до - 20 м используют для трасс метрополитена и автотранспортных тоннелей мелкого заложения, многоуровневых подземных гаражей, складов, резервуаров и магистральных коллекторов. Уровни на отметке от - 15 м до - 40 м предназначают для трасс рельсового транспорта глубокого заложения, включая городские железные дороги.

В последние десятилетия, рост объемов и масштабов подземного строительства наблюдается и в наиболее значимых городах России. Строятся крупные подземные комплексы различного назначения, транспортные и коммуникационные тоннели, подземные стоянки и гаражи, производственные и складские помещения, растет протяженность линий метрополитена.

Все глубже, глубже и глубже в недра земли стремятся проникнуть и освоить их ученые, проектировщики-градостроители и мы - скромные практики строительства. В современном мире, где наука предлагает инновационные решения, где существуют уникальные технологии, и есть высокопрофессиональные специалисты - любые «барьеры пространства и техники» будут успешно преодолены!