Освоение подземного пространства городов

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

→ Использование пространства

Опыт использования подземного пространства в городах

Высокий уровень урбанизации, рост городов и ряд других факторов обусловливают высокую степень освоения подземного пространства в городах. Это позволяет в значительной мере высвободить дефицитные территории, а также улучшить состояние городской среды. В этой связи необходимо рассмотреть опыт использования данного вида ресурсов и возможности его применения при создании гражданских объектов.

Подземное пространство часто рассматривается как естественные или искусственно созданные полости в недрах земли, используемые для хозяйственных или иных целей.

Автор предлагает определять его как вид ресурсов недр, используемый в качестве среды для проживания, размещения объектов или протекания процессов, тогда его источниками являются естественные или искусственно созданные полости в недрах земли, а также участки недр, в которых могут быть созданы полости. Недра представляют собой часть земной коры, расположенную ниже почвенного слоя, а при его отсутствии - ниже земной поверхности и дна водоемов и водотоков, простирающуюся до глубин, которые доступны для геологического изучения и освоения.

В своем естественном состоянии подземное пространство может быть занято твердым, жидким или газообразным веществом. Участки недр, не заполненные твердым веществом, но окруженные им, называют подземными полостями. Они подразделяются на естественные и искусственные (антропогенные).

Естественные полости включают в себя крупные полости (пещеры), мелкие полости и трещины в массиве горных пород.

Основными характеристиками источников подземного пространства являются глубина от поверхности земли, объем и форма, свойства окружающего массива, территориальное расположение, устойчивость, (способность сохранять свою форму во времени), возможность доступа с поверхности земли и др. К свойствам окружающего массива горных пород можно отнести такие показатели, как напряженное состояние массива горных пород, их твердость, связность, пластичность, влагоем-кость и водопроницаемость, плотность, пористость, электромагнитные свойства (удельное электрическое сопротивление, относительная диэлектрическая проницаемость), абразивность, тепловые свойства (коэффициент теплопроводности, удельная теплоемкость, коэффициент линейного теплового расширения), коэффициент разрыхления (после взрыва), гранулометрический состав (в разрушенном состоянии) и т.п.

Обычно выделяют следующие предпосылки освоения подземного пространства: социальные, горно-технические, геологические, экономические (экономия энергетических затрат) и оборонные.

Социальные предпосылки освоения подземного пространства заключаются в росте народонаселения и происходящих демографических изменениях, неизбежных техногенных изменениях окружающей среды, необходимости сохранения земельных фондов и улучшения рекреационных возможностей людей и санитарно-гигиенических условий их труда. Увеличение количества создаваемых площадей в подземном пространстве позволяет снизить выбытие из пользования сельскохозяйственных угодий.

Считается, что использование подземного пространства целесообразно в районах с высокой плотностью населения, плодородными почвами, развитой горно-добывающей промышленностью, благоприятными инженерно-геологическими условиями для подземного строительства. Выгодно строить подземные склады на Севере. Переносить под землю предприятия с высокими уровнями пожароопасности и шумообразования также полезно для окружающей среды.

Горно-технические предпосылки заключаются в том, что в идеальном случае для использования подземного пространства горные породы должны быть прочными, монолитными, устойчивыми и одновременно легко разрабатываемыми, стойкими к окислительным процессам, необводненными и не выделяющими ядовитые газы, инертными по отношению к хранимым в них материалам, непористыми, не содержать агрессивных растворов. Однако современные технологии в большинстве случаев позволяют ликвидировать действия всех перечисленных факторов.

Геологические предпосылки освоения подземного пространства заключаются в необходимости достаточно подробного изучения верхних слоев земной коры, которое бы позволило объективно принимать решения о выборе места размещения подземного объекта и технологий его создания.

Экономия энергетических затрат как предпосылка освоения подземного пространства объясняется тем, что подземное пространство позволяет снизить сезонные колебания энергопотребления, т.к. горные породы служат аккумулятором солнечной энергии, обладают низкой теплопроводностью и способны удерживать тепло. В связи с этим подземные полости могут использоваться как те-плоаккумуляторы. В северных странах энергетический вопрос оказывает большое влияние на выбор подземного размещения зданий, и все большее применение находит подземное жилье.

Оборонные факторы как предпосылка использования подземного пространства имеют в своей основе необходимость защиты людей, материальных ценностей, производства от военных действий, в том числе и ядерного взрыва.

Французские ученые P. Duffaut и G. Marin считают, что естественный спрос на ресурсы пространства недр вызван следующими причинами: сохранение скоропортящихся продуктов (погреба и подвалы); добыча полезных ископаемых; религиозные цели (например, для ритуального погребения); защита населения от нападения; поиск относительного комфорта в экстремальных температурных условиях.

Считается также, что подземные сооружения при незначительных дополнениях имеют высокую сейсмостойкость, стабильные температуру и влажность, чистоту помещений, т.е. те параметры, для обеспечения которых на поверхности необходимо дополнительно 25- 40 % объема строительно-монтажных работ.

В Швеции при подземном строительстве примерно 1-2 % затрат идет на обоснование геологических возможностей подземного строительства, а на обеспечение длительной устойчивости--4-70 % затрат.

Надежность и долговременность подземных сооружений значительно выше, чем поверхностных. Срок службы многоэтажных зданий - 100 лет, жилых домов особой капитальности - 125 лет, фруктохранилищ - 28 лет. Период эксплуатации подземных сооружений гораздо выше. Например, для тоннелей эти нормы составляют 500 лет. Известно также немало случаев, когда подземные сооружения сохранялись в течение тысячелетий. Затраты на ремонт подземных сооружений ниже, чем наземных, т.к. они не подвержены климатическим факторам. Для естественного разрушения горных пород требуются десятки и сотни тысяч лет.

Автор считает, что основным полезным свойством подземного пространства является их способность вмещать в себя какие-либо объекты или процессы. Однако в отличие от остальных пространственных ресурсов подземное пространство обладает некоторыми другими полезными характеристиками: имеет относительно стабильные климатические характеристики (температурно-влажностный режим); изолировано от разного рода поверхностных воздействий, таких как шум, вибрация, радиоактивность и т.д.; относительно герметично, а также способно удерживать тепловую и другие виды энергии. Кроме того, влияние любого объекта, расположенного под землей, на окружающую среду значительно ниже и в лучшей степени может контролироваться; подземные здания часто не требуют существенных затрат на внешнюю отделку, служат значительно дольше и требуют более низких эксплуатационных затрат, чем поверхностные; подземное пространство в ряде случаев легче осваивать, чем поверхностное, так как оно не зависит от топографии и дробления на частные участки.

Авторы относят к преимуществам заглубленных гражданских зданий следующие: эстетические (взаимосвязи с окружающим ландшафтом); более рациональное использование земли; снижение уровня шума и вибрации; уменьшение эксплуатационных расходов (на ремонт здания, гидро- и теплоизоляцию и др.); пожарная безопасность (распространение огня ограничено); сейсмостойкость; защита от ядерного взрыва и радиоактивных осадков; защита от штормов и торнадо; сохранение энергии.

Однако, наряду с преимуществами использования подземного пространства, существуют и некоторые сложности, обусловленные свойствами данного ресурса. Так, например, опыт подземного строительства в г. Канзас-Сити (США) показывает, что существует три проблемы использования подземного пространства: техническая, Юридическая и психологическая.

Психологическая проблема заключается в субъективном мнении людей о том, что условия пребывания в подземном пространстве должны быть хуже, чем на поверхности. Техническая проблема включает в себя сложности с дренажом воды, канализацией, водостоком и вентиляцией. Юридическая проблема наиболее свойственна США и другим странам, где исторически собственность на землю включает в себя собственность на подземное пространство.

К основным недостаткам подземного пространства по сравнению с поверхностным относят высокую естественную влажность, отсутствие дневного света, невозможность свободного доступа с поверхности земли, т.к. спуск и подъем осуществляется через определенные выработки (в некоторых случаях это является достоинством), наличие горного давления и возможность сдвижения горных пород вследствие создания или использования подземных пустот, более высокие капитальные затраты при строительстве здания под землей, чем на поверхности .

Подземные полости используются людьми издревле. Существуют данные о том, что еще в прошлом веке во Франции и России строили подземные винохранилища. Первые подземные гидроэлектростанции были сооружены в Германии (1907 г.) и Швеции (1910 г.). Во время первой мировой войны в Германии была сделана попытка размещения складов под землей. В 1917 г. в Германии был построен подземный завод по производству точных приборов.

Во время второй мировой войны в Германии были размещены в подземном пространстве заводы, электростанции, склады продовольствия, оборудования, горючего, химические производства, хранилища культурных ценностей. К концу 50-х годов подземные промышленные предприятия имелись уже в 50 странах мира. В начале 70-х только в странах НАТО насчитывалось почти 450 подземных объектов. В 80-е годы их количество выросло по сравнению с 60-ми в 3. раза. Площадь некоторых подземных заводов достигла 800 тысяч м2 и более, а объем - более одного миллиона м3.

Наиболее широкая классификация направлений использования подземного пространства по назначению предлагается в работе. Подземные сооружения создаются в следующих отраслях и сферах деятельности: горном деле, городском строительстве, энергетике и нефтегазовой отрасли, аграрном секторе, транспорте, науке, медицине и др. Таким образом, количество наиболее распространенных направлений использования ресурса составляет более 30.

По целесообразности размещения под землей объекты можно разделить на следующие группы: традиционно подземные сооружения; сооружения, для которых размещение под землей имеет ряд технологических преимуществ, и сооружения, размещаемые под землей в целях экономии территории земной поверхности и улучшения состояния окружающей среды.

Подземные сооружения, не связанные с добычей полезных ископаемых, строятся на глубине 15-300 м. Однако отдельные хранилища углеводородов располагаются на глубине 1 км и более.

Строительство городских подземных сооружений в настоящее время развивается весьма быстро. Необходимость создания и все более активного использования подземного пространства в современных городах обусловлена следующими факторами: – стремлением к разуплотнению исторически сложившейся застройки и оздоровлению старых частей городов; – все более ощутимым недостатком свободных городских земель, пригодных для новой застройки, а также угрозой ликвидации лучших сельскохозяйственных районов, прилегающих к городам, с частичным, а в некоторых случаях и с полным уничтожением естественного природного окружения; – необходимостью радикального упорядочения городского движения с возможно более полным разделением пересекающихся транспортных потоков, а также потоков пешеходов и транспорта, с созданием систем непрерывного и скоростного, в том числе внеуличного рельсового сообщения, и с компактным решением пересадочных узлов; – дальнейшим развитием систем культурно-бытового и коммунального обслуживания с размещением соответствующих объектов в наиболее нужных местах (в том числе и у пунктов массовых скоплений населения) с одновременным повышением рентабельности этих учреждении; – сохранением архитектурных памятников и ансамблей, представляющих культурно-историческую ценность, и капитальной опорной городской застройки; – развитием разнообразных средств общественного, специального и индивидуального транспорта, для хранения и технического обслуживания которого требуются большие территории; – развитием средств инженерного оборудования города, коммунального и складского хозяйств. Автор описывает следующие причины развития подземного строительства в городах: недостаток земель и невозможность занятия новых (в силу экологических последствий расширения городов); более рациональное использование городских территорий; транспортные задачи и безопасность; расширение сети услуг; сохранение архитектуры; развитие инженерного оборудования города (коммуникаций и т.д.); гражданская оборона.

Среди преимуществ строительства городских подземных объектов отмечается, что оно позволяет экономно использовать наземную территорию, содействует упорядочиванию транспортного обслуживания населения и повышению безопасности дорожного движения, снижает уличный шум и загрязнение воздуха выхлопными газами автомобилей, способствует повышению художественно-эстетических качеств городской среды.

Городские подземные сооружения характеризуются относительно небольшой глубиной заложения, привязкой к конкретным поверхностным объектам и территориям, особой пространственной организацией, специфическим временным режимом использования и т.д. Поэтому для них создаются специальные подземные полости, отвечающие в каждом конкретном случае предъявляемым требованиям. Спектр направлений использования городского подземного пространства практически неограничен.

Одним из примеров современного уровня развития подземного строительства является столица Франции Париж. Площади подземных помещений здесь в 80-е годы составили: здания - 43 млрд м3; линии метро и скоростные магистрали - 16; водоотливные каналы, канализация, сети, коллекторы - 8; неиспользуемые в настоящее время пустоты - 6; национальное общество железных дорог - 3; подземные паркинги - 2,5; торговые центры - 1,5; подземные службы путей сообщения - 1,1; различные технические галереи - 0,6. Существует также намерение властей разместить в Париже под землей автомобильные дороги и оставить поверхность только для пешеходов.

В работе приводится анализ возможностей экономии энергии путем создания подземных помещений. В частности, указывается, что в США 37 % энергетического сырья используется в секторе жилых и коммерческих зданий, и их размещение под землей позволит уменьшить потребности этих зданий в энергии на 36-60 %. Так, в штате Миннесота сезонные колебания температуры составляют 75, а под землей - 11 градусов, и в случае внезапного прекращения подачи энергии потери будут составлять не более 1 градуса в день. В связи с этим Министерство энергетики США ведет работу по строительству подземных жилых и коммерческих зданий. В 1980 г. в США было построено более 3000 укрытых землей жилых и более 100 коммерческих помещений. Причем в этих домах живут достаточно обеспеченные люди.

В городском подземном строительстве известны случаи вторичного использования подземных полостей. Так, французский автор А.Р. Boiler описывает пример применения выработок, созданных при строительстве тоннелей метро, для городских телефонных сетей, автостоянок и других целей. Наибольший опыт вторичного использования горных выработок принадлежит США, где в г. Канзас-Сити из имеющихся там более 20 миллионов м2 выработок известняковых шахт используется около 2 миллионов м2 (около 10 %). Подземное пространство в г. Канзас-Сити осваивается в 10 раз быстрее, чем создается в результате добычи известняка, что обусловлено высокими потребностями в нем. При этом 85 % используется под склады различного назначения и холодильники, 7 % - под производственные объекты, 5 % - под офисы, 3 % - под предприятия сферы обслуживания. Там размещаются приборные и сборочные заводы телевизоров, городской промышленный парк, две международные торговые зоны, хранилища ценной документации, комплексные хранилища - холодильники и зернохранилища.

В зависимости от назначения и характера использования выделяют следующие группы и виды подземных или полуподземных городских сооружений, помещений и устройств : – инженерно-транспортные сооружения - пешеходные и транспортные тоннели, перегонные тоннели и станции метрополитена, скоростного трамвая и городских участков железных дорог, автостоянки и гаражи, тоннели и станции движущихся тротуаров и другого перспективного непрерывного транспорта, отдельные помещения и вокзалы; – предприятия торговли и общественного питания - торговые залы и подсобно-вспомогательные помещения кафе-буфетов, столовых, закусочных и ресторанов, торговые киоски, магазины, отдельные помещения или секции универсальных магазинов, торговых центров и рынков; – зрелищные, административные и спортивные здания и сооружения - кинотеатры обычные и залы хроники, выставочные и танцевальные залы, биллиардные, отдельные помещения театров и цирков, залы заседаний и конференц-залы, книгохранилища, архивы, запасники музеев, стрелковые тиры, залы игр и аттракционов, плавательные бассейны; – объекты коммунально-бытового обслуживания и связи - приемные пункты, ателье и мастерские бытового обслуживания, парикмахерские, бани и бассейны, прачечные, почтовые отделения, – сберегательные кассы, автоматические телефонные станции; – объекты складского хозяйства - продуктовые и промтоварные склады, овощехранилища, холодильники, ломбарды, различного рода резервуары для жидкостей и газов, склады горюче-смазочных и других материалов; – объекты промышленного назначения и энергетики - отдельные лаборатории, цехи и производства (особенно те, в которых необходима защита от пыли, вибрации, перемены температур и других внешних воздействий), тепловые и гидроэлектростанции, промышленные котельные, промышленные склады и хранилища; – объекты инженерного оборудования - трубопроводы водоснабжения, канализации, теплоснабжения, газоснабжения (вплоть до молокопроводов молочных заводов или керосинопроводов в аэропортах), водостоки и ливнестоки, кабели различного назначения, мусоропроводы, общие коллекторы подземных сетей, электротяговые подстанции, хозяйственно-бытовые устройства - вентиляционные и калориферные камеры, бойлерные и котельные, газорегуляторные пункты и газораздаточные станции, станции перекачки сточных вод, трансформаторные подстанции, очистные и водозаборные сооружения.

Конструктивные и объемно-планировочные решения подземных и полуподземных сооружений во многом предопределяются глубиной их заложения от поверхности земли. В связи с этим известны : – сооружения глубокого заложения (на отметках I ниже 10-15 м от уровня поверхности земли), строительство которых обычно осуществляется закрытыми тоннельными способами (без вскрытия поверхно-сти). Сооружения глубокого заложения рассчитываются обычно на значительное горное давление; – сооружения мелкого заложения (на отметках вы- 1 ше 10-15 м от уровня земли), возводимые с полным 1 или частичным вскрытием поверхности, а также закрытым способом; – замкнутые сооружения, образованные перекры-’ тиями большой площади и лишенные естественного света и проветривания. К такого рода полуподземным сооружениям относятся объекты, расположенные на поверхности земли или частично заглубленные. По объемно-планировочной схеме различают одноуровневые и многоуровневые подземные сооружения: – одно-, двухпролетные, простейшего типа; – сооружения, создаваемые по сложным планировочным схемам (в том числе и криволинейные в плане); – зальные (многопролетные); – сооружения комбинированных типов.

В зависимости от функциональной и композиционной взаимосвязи с другими зданиями известны: – подземные сооружения и подземные части зданий, решенные в виде отдельных сооружений; – комплексы подземных сооружений и подземных частей зданий различного назначения; – развитые комплексы подземных сооружений различного назначения, связанные единым объемно-планировочным решением с их наземными объемами и являющиеся составной частью общественных, административных, культурно-просветительных и других зданий или их комплексов.

В соответствии с условиями расположения в городе могут быть выделены: – подземные сооружения, расположенные под городскими улицами и площадями, скоростными дорогами, путями рельсового транспорта и различного рода проездами; – подземные сооружения, расположенные под незастроенными участками, в том числе под скверами и бульварами; – подземные сооружения и подземные части зданий, расположенные непосредственно под жилыми, административными и общественными зданиями или их комплексами; – отдельные подземные сооружения или части сооружений, входящие в состав развитых комплексов инженерно-транспортного назначения, которые могут располагаться под городскими улицами, площадями и зданиями различного назначения.

В перспективе создание новых экологически безопасных технологий строительства, отвечающих требованиям защиты геологической среды, позволит разместить в Москве ниже земной поверхности до 70 % общего объема гаражей, 60 % складов, 50 % архивов и хранилищ, 30% учреждений культурно-бытового обслуживания. Подземное пространство под Манежной площадью в Москве стало объектом комплексного многоцелевого назначения. Оно включает в себя археологический музей и офисы, торговый центр и предприятия общественного питания (бары, рестораны, кафе и т.д.), стоянки автомобилей и гаражи. На поверхности расположена пешеходная зона, а озелененное пространство сливается с Александровским садом. Общая площадь застройки комплекса - примерно 70 тысяч м2. В нее вписывается сеть подземных сооружений (коллектор реки Неглинки, три линии метрополитена, подземные пешеходные переходы).

Перечень размещаемых в городском подземном пространстве объектов определяется исходя из санитарно-гигиенических и психофизиологических требований. Так, в работах приводится следующее время нахождения людей в зданиях: концертные залы, театры, музеи, библиотеки - 3-4 (до 5) ч; магазины, кафе, рестораны, кинотеатры - 1-2 ч; сооружения транспортного характера - несколько минут; ряд сооружений (склады, вспомогательные и т.д.) эксплуатируются с минимальным участием человека.

В качестве принципов построения и организации городских подземных сооружений автор выделяет следующие: все подземные сооружения должны в перспективе составлять единую пространственно-временную систему; более сложное зонирование по сравнению с поверхностными зданиями, их взаимосвязи в пространстве, необходимость коммуникаций с учетом препятствий и топографических и геологических условий и др.

Одной из основных проблем использования городского подземного пространства является то, что при высокой плотности его использования существует опасность влияния процессов строительства и эксплуатации подземных сооружений друг на друга и на поверхностные объекты. Для городских подземных сооружений не всегда имеется возможность создания значительного поверхностного комплекса и поэтому все необходимые процессы должны располагаться под землей.

Рассмотрим детально основные направления использования городского подземного пространства.

Среди подземных сооружений городов сеть инженерных коммуникаций (коммунальные сети) является одной из наиболее важных. Основными инженерными коммуникациями, которые обеспечивают нормальные условия повседневной жизни современного крупнейшего города, можно назвать следующие: линии питьевого водоснабжения; линии хозяйственного (промышленного) водоснабжения; бытовая канализация; ливневая канализация; газопроводы; трубопроводы теплофикации; трубопроводы горячего водоснабжения; кабели и линии связи; электрические линии различного напряжения; трубопроводы пневмопочты; трубопроводы пневматического удаления мусора; топливопроводы; кабели регулирования уличного движения; кабели электрифицированных железных дорог; кабели освещения и др.

Иногда могут встречаться и другие системы подземных коммуникаций, главным образом, на промышленных и даже на сельскохозяйственных предприятиях, в частности, керосинопроводы или молокопроводы.

Подземные инженерные коммуникации обычно сооружают раздельно, чаще всего в разное время в отдельных траншеях, на различной глубине от поверхности, в зависимости от характера ранее уложенных коммуникаций, определенных физических свойств грунта, уровня грунтовых вод, природно-климатических и других условий.

Поперечные сечения, пропускная способность, или мощность подземных инженерных коммуникаций, также различны. Так называемые магистральные трубопроводы (главный кабель, водовод большого сечения, главный коллектор и т.д.) обслуживают, как правило, большие площади. От них отходят распределительные трубопроводы, которые в свою очередь снова разветвляются и прокладываются вблизи отдельных обслуживаемых ими зданий и сооружений и посредством отдельных вводов питают их.

Большая часть подземных инженерных коммуникаций, за исключением бытовой и ливневой канализации, располагается обычно на небольшой глубине - до 3 м.

В транспортных целях создаются тоннели: пешеходные, автомобильные, железнодорожные, судоходные и тоннели метрополитена. Проводятся они для преодоления гор, водоемов и других препятствий в местах прохождения транспортных путей. В настоящее время существуют достаточно развитые технологии тоннелестроения, позволяющие обеспечивать устойчивость этих сооружений к воздействию горного давления, водопритока и других факторов в течение тысячелетий.

Для крупнейших городов нашей страны наиболее перспективен внеуличный, преимущественно подземный пассажирский рельсовый транспорт. Линии скоростного внеуличного рельсового транспорта в городах могут быть классифицированы по видам используемых транспортных средств, по принципиальной схеме развития трасс, по характеру эксплуатации, глубине заложения, объемно-планировочному решению станций, вестибюлей и других помещений.

По видам используемых транспортных средств различают метрополитен и скоростной трамвай, а в отдельных случаях - городские железные дороги, экспрессные (сверхскоростные) линии метрополитена и монорельсовые дороги. Соответствующие сети могут иметь подземные и полуподземные участки.

В зависимости от принципиальной схемы развития внеуличного рельсового транспорта его линии могут трассироваться в виде одного или нескольких диаметров (или хорд), объединенных кольцевыми или полукольцевыми линиями. В городах, развивающихся в длину, линии внеуличного рельсового транспорта прокладываются преимущественно в продольном, наиболее нагруженном в транспортном отношении направлении.

В соответствии с характером эксплуатации различают сети внеуличного рельсового транспорта с независимым (замкнутым) движением поездов по отдельным, не связанным между собой линиям (в Москве и Ленинграде), с переходом части поездов с одной линии на другую (в Лондоне и Нью-Йорке) и комбинированные сети.

По объемно-планировочному решению станций известны сооружения одноплатформенные - с центральной пассажирской платформой островного типа, двух-платформенные - обычно с береговыми платформами и многоплатформенные, встречающиеся чаще всего только в пересадочных узлах или в подземных железнодорожных станциях.

Особенностями подземных транспортных сооружений являются их жесткая привязка к транспортным путям, а также специфическая вытянутая форма. Это направление использования подземного пространства - одно из наиболее распространенных и выгодных с точки зрения получения прибыли.

В Москве в 1998 г. построено около 300 подземных пешеходных переходов, много транспортных (коммуникационных) тоннелей, протяженность линий метрополитена составила 240 км. Проектируется и строится метро в Омске, Челябинске, Уфе, Казани и Красноярске.

Транспортные тоннели в городах классифицируются по назначению, протяженности, конфигурации в плане, организации движения и конструктивной схеме, глубине заложения, месту расположения в городской застройке.

По назначению различают тоннели, предназначенные для смешанного (автомобильного и рельсового) или только автомобильного движения. В зарубежной практике встречаются тоннели, рассчитанные только на движение легковых автомобилей.

По протяженности транспортные тоннели подразделяются на короткие с длиной тоннельной перекрытой части до 300 м и протяженные (более 300 м), нуждающиеся в принудительно-вытяжной вентиляции.

В соответствии с конфигурацией в плане различают прямолинейные, криволинейные, разветвляющиеся и взаимно пересекающиеся (на разных уровнях) тоннели; слияние транспортных потоков или их пересечения в одном уровне в транспортных тоннелях не допускается.

По организации движения известны тоннели для одностороннего и двухстороннего движения (во встречных направлениях), а по конструктивной схеме - однопро-летные, двухпролетные и многопролетные; количество полос движения по условиям безопасности в тоннеле должно быть не менее двух.

В зависимости от глубины заложения известны тоннели мелкого заложения (глубиной до 10-15 м), создаваемые обычно со вскрытием поверхности, и тоннели глубокого заложения (глубиной более 10-15 м), проводимые подземными горными способами.

По месту расположения в городе различают тоннели обычного типа, проложенные под улицами, проездами, застройкой и площадями, а также горные и подводные.

Транспортные тоннели могут быть представлены в виде отдельных сооружений, входить в состав развитых в плане и профиле пересечений городских улиц и дорог в нескольких уровнях или быть элементами многоуровневых общественно-транспортных и других комплексов различного назначения.

Создание третьего автотранспортного кольца столицы связано с прокладкой части магистрали под землей.

Необходимость устройства внеуличного, в том числе и подземного перехода, определяется либо категориями пересекаемых улиц и дорог, либо количественными соотношениями потоков пешеходов и транспорта. Во всех тех случаях, когда пешеходы не имеют возможности пересечь проезжую часть в течение разрешающих сигналов светофоров, следует либо сократить объем движения в данном узле, либо найти возможность устройства транспортного пересечения в разных уровнях или внеуличного перехода.

Пешеходные переходы классифицируются по ряду признаков: по отношению к потокам транспорта и к поверхности земли; планировочной схеме; количеству ярусов и глубине заложения; функциональной и композиционной взаимосвязи с городской застройкой; оборудованию учреждениями обслуживания; устройствам для перемещения пешеходов по вертикали.

По отношению к потокам движения городского транспорта и к поверхности земли пешеходные переходы подразделяются на уличные, трассированные в уровне проезжей части, и внеуличные, расположенные под уровнем проезжей части или над ней. В зависимости от расположения относительно поверхности земли вне-уличные переходы могут быть наземными, надземными и подземными.

По планировочной схеме различают внеуличные переходы следующих типов: линейные (коридорные), од-нопролетные или двухпролетные, простейшего типа; сооружения, строящиеся по развитым планировочным схемам, в том числе и изогнутые в плане; зальные (многопролетные); сооружения комбинированных типов, создаваемые по относительно сложным схемам.

Подземные и полуподземные внеуличные переходы могут быть запроектированы в одном, двух или нескольких ярусах как полностью изолированных перекрытиями, так и объединенных общим открытым пространством. Конструктивное и объемно-планировочное решения подземного перехода во многом предопределяет глубина его заложения.

В связи с этим известны: – подземные сооружения глубокого заложения, строительство которых осуществляется подземными способами (без вскрытия поверхности); такие сооружения рассчитываются обычно на значительное горное давление от вышележащих пород; – подземные сооружения мелкого заложения, строительство которых ведется со вскрытием поверхности; – замкнутые сооружения, образованные перекрытиями большой площади и лишенные естественного света и проветривания, а также сооружения, частично заглубленные, например, на перепадах рельефа.

В зависимости от функциональной и композиционной взаимосвязей с городской застройкой различают внеуличные переходы, решенные в виде отдельных сооружений; переходы, построенные в комплексе с другими транспортными зданиями и сооружениями (пересечениями улиц и дорог в разных уровнях, входами в метро, вокзалами различного назначения и др.); переходы, являющиеся составным элементом общественных, административных, жилых и прочих зданий и их комплексов.

По оборудованию переходов учреждениями обслуживания известны переходы, предназначенные только для «транзитного» пешеходного движения, переходы с отдельными учреждениями и устройствами попутного обслуживания (телефоны-автоматы, газетные и книжные киоски, театральные билетные кассы и пр.), переходы с развитым составом учреждений попутного обслуживания (торговля, бытовое обслуживание, общественное питание).

В зависимости от используемых устройств и механизмов для перемещения пешеходов по вертикали различают переходы с лестничными и пандусными сходами, а также переходы, оборудованные различными типами эскалаторов или ленточными подъемниками непрерывного действия.

Одним из самых быстро развивающихся направлений городского подземного строительства является сооружение подземных гаражей. Так, в работе описан гараж в Женеве (Швейцария) на 530 машин площадью 3500 м2 и глубиной 25 м. Авторы считают, что с учетом всех затрат стоимость места в подземном гараже приблизительно равна стоимости места в гараже на поверхности.

Даже в наиболее благоприятных климатических условиях каждый легковой автомобиль находится в движении в среднем не более 1-1,5 ч в сутки (300-400 ч в год). Следовательно, каждый автомобиль находится на стоянках примерно 22-23 ч в сутки; это обстоятельство следует учитывать.

Необходимо обеспечить такое размещение гаражей Для постоянного хранения машин, чтобы предельный путь от дома до этих сооружений не превышал 600-800 м, т. е. затраты времени на подход к ним не были более 8-10 мин. Стоянки должны находиться на расстоянии 200-250 м от жилья. Только такое размещение мест хранения автомобилей исключает необходимость пользования подвозящим транспортом. Приближение мест хранения автомобилей к жилищу является не только удобным для владельцев, но и экономически оправданным. В противном случае для каждой машины потребуется не одно, а два места: первое - постоянное в капитальном гараже, примерно 2-3 км от дома; второе - открытая стоянка непосредственно у жилища, на ближайших улицах, на внутриквартальных проездах или хозяйственных площадках.

В зарубежной практике нередко используются на-земно-подземные гаражи. Например, в Будапеште на площади Мартинелли с многоэтажным административным зданием объединен наземно-подземный гараж рам-пового типа на 400 мест. Гараж имеет восемь наземных и два подземных яруса и построен в очень стесненном месте. В состав гаража входят встроенная автозаправочная и полуподземная станции обслуживания, рассчитанные, главным образом, на обслуживание «городских» автомобилей, въезжающих на стоянку, а также транзитных машин. Для ведомственных автомобилей выделен специальный подземный этаж с самостоятельным въездом и выездом.

Исходя из необходимости экономии городской территории или сохранения сложившегося характера застройки для определенной части автомобилей могут предусматриваться подземные или полуподземные гаражи и стоянки. При этом значительно сокращаются санитарные разрывы до жилых и общественных зданий. Размеры разрывов в этом случае исчисляются не от наружных стен, а от мест выделений вредных выбросов и источников шума, т.е. от въездов в гаражи и вентиляционных шахт. Верхний ярус (покрытие) подземных или полуподземных автостоянок может использоваться для озеленения или открытого хранения машин. Например, по этому принципу в жилом районе «Сите-Модель» в Брюсселе наряду с многочисленными открытыми автостоянками на 830 мест сооружен одноярусный подземный гараж на 180 автомобилей и 80 мотоциклов. Этот гараж соединен подземными переходами непосредственно с лифтовыми холлами трех больших многоэтажных жилых зданий. Въезд в гараж отнесен от входов в жилые дома на 20-25 м. В этом же районе сооружены отдельно стоящие бензозаправочная и станция технического обслуживания.

Широкое распространение подземные гаражи и стоянки получают в новых многоэтажных жилых комплексах США. Так, в Лос-Анджелесе, в новом районе «Сенчюри Сити», построены два 27-этажных жилых здания-башни на 308 квартир. Под ними размещен подземный гараж на 525 машин. В этой же части города возведено два 20-этажных жилых дома «Сенчюри Парк апар-тмент» на 485 квартир. Под домами сооружен подземный гараж на 700 автомобилей.
В подземном пространстве могут также размещаться части вокзалов и другие сооружения магистрального и пригородного транспорта.

В соответствии с решением привокзальной площади и перрона могут быть выявлены следующие разновидности вокзалов: – одноярусные, когда движение пассажиров и транспорта на перроне осуществляется в одном уровне (при этом сами здания вокзалов могут быть многоэтажными); – многоярусные, когда движение пассажиров и транспорта на перроне организовывается в разных уровнях (надземном и наземном, наземном и подземном); в современной практике распространены преимущественно многоярусные решения крупных вокзальных комплексов, в том числе и с использованием подземного пространства.

В зависимости от расположения пассажирского здания по отношению к перрону различают железнодорожные вокзалы берегового, островного и тупикового типов. Наиболее распространены вокзалы берегового типа, для которых характерно наличие островных пассажирских платформ с выходами на них по пешеходным тоннелям. Такие тоннели устраивают не только на больших станциях, но и на станциях со средним или даже малым пассажирооборотом. В последние годы тоннели используются и на пригородных платформах. При скорости поездов 120-160 км/ч, следующих с минутными интервалами по нескольким путям (иногда с переменным направлением движения), сооружение тоннелей становится практически необходимым на всех магистральных железнодорожных направлениях, особенно на остановочных пунктах с достаточно мощными пассажиропотоками. Тоннели для пешеходов сооружаются как по оси платформ, так и в их торцах в зависимости от основных направлений путей подхода пассажиров.

По системе «сэндвич» построены многоярусные автовокзалы в Нью-Йорке, в Детройте и других городах США. Обычно верхний ярус таких вокзалов отводится для дальних автобусов, промежуточный - для пассажиров, а нижний - для местных автобусов. Нижний ярус при этом бывает частично или полностью заглублен.

В Москве функционирует крупнейший в Европе московский торгово-рекреационный комплекс «Охотный ряд». На строящемся Московском международном деловом центре «Москва-Сити» предусматривается заглубление на 3 этажа, начинается строительство большого подземного сооружения на Конюшенной площади в Санкт-Петербурге. Крупнейшей подземной строительной площадкой конца XX в. в Москве стала площадь Курского вокзала.

Во многих крупных городах Западной Европы и США можно встретить комплексы многоэтажных жилых домов с широким использованием подземного пространства. В Париже, на улице Фландер, на территории в 2 га построена группа жилых трехэтажных зданий. Первые этажи зданий заняты общественными помещениями (магазинами самообслуживания, почтой, сберкассой и др.). Под зданиями и двором сооружены три подземных яруса общей площадью около 20 000 м2, которые предназначены для размещения подземной стоянки машин и служебно-технических и подсобно-складских помещений.

Во многих крупных современных гостиницах используется не только подземная часть самого здания, но и подземная часть двора. В подземных ярусах размещаются гаражи-стоянки, торговые помещения, склады, комнаты обслуживающего персонала, залы ресторанов и другие помещения.

В здании гостиницы «Мареки» в Хельсинки (Финляндия) используется несколько подземных уровней, предназначенных не только для подсобно-технических помещений и автостоянок, но и для размещения небольших торговых предприятий, ресторанов, баров, кафе-закусочных, танцевальных залов и др. В этом сооружении суммарная полезная площадь подземных помещений и устройств превышает объем наземной части.

В городах Японии до 1975 г. было построено подземных предприятий торговли общей площадью более 400 тысяч м2.

Основные причины подземного размещения магазинов и предприятий питания заключаются в растущей потребности в торговых сооружениях в городах, необходимости их приближения к потребителям, удорожании и нехватки земель в центральной части города, увеличении людских потоков в подземном пространстве и т.д.

Многие культурные объекты не нуждаются в дневном свете и могут быть успешно размещены в подземном пространстве.

Характерными примерами застройки подземных пространств являются также последовательно производимые расширения инфраструктуры, которые становятся необходимыми из-за недостатка места, защиты окружающей среды или обеспечения «неприкосновенности» местности. Расширение университетов, университетских кварталов все больше мотивируется растущими потребностями. При этом путем застройки подземных пространств увеличение имеющихся полезных площадей может быть достигнуто без ущерба для озелененных территорий, спортивных и игровых площадок. Так расширили университет г. Хьюстона (штат Техас, США). При этом не пострадали озелененные территории на поверхности. К старому главному зданию университета было пристроено подземное сооружение площадью около 5 тысяч м2, в котором имеются лекционные аудитории, учебные классы, читальный зал, столовые, лаборатории. Так была решена характерная университетская проблема. Потребность в расширении университетов - всемирно наблюдаемое явление, а ведь у каждого университета есть такие озелененные территории, спортивные площадки и дворы, застройка которых возможна только с ущербом для университетской жизни; под ними же, однако, имеется неограниченная возможность для строительства. Наибольшим резервом расширения является формирование подземного пространства.

Путем подземного размещения спортивных сооружений также может быть сэкономлено большое количество площадей на поверхности для мест отдыха и озеленения. Строящиеся после второй мировой войны по всей Европе жилые районы были очень скупо обеспечены спортивными сооружениями. Центральные и наиболее представительные спортивные сооружения по большей части предназначены только для спортивных состязаний и для абсолютного большинства населения недоступны.

В энергетике подземное пространство используется для стоительства в нем частей электростанций или хранилищ энергии в различной форме. Размещаются такие объекты, как правило, либо в местах добычи энергии, либо в местах ее потребления (т.е. в городах). Их геометрические характеристики и требования к массиву горных пород являются весьма специфическими.

В настоящее время все большую популярность приобретает подземный способ хранения нефти (нефтепродуктов) и газа. Отмечается, что в северных странах в настоящее время более 50 % хранилищ нефти и газа - подземные.

Главной целью организации таких хранилищ является удовлетворение потребностей потребителей данных продуктов в периоды сезонного или вызванного другими причинами изменения спроса или предложения. В работе указывается, что в северных штатах США в холодные зимние дни спрос на газ в 2-10 раз превышает норму. Таким образом, подземные хранилища позволяют обеспечивать газом население и способствуют более равномерной работе газопроводов и соответственно снижению расходов общества. В связи с этим подземные хранилища нефтепродуктов должны находится в непосредственной близости от потребителя, а их объем - соответствовать максимальной разнице между спросом и предложением на эту продукцию.

Использование подземного пространства в аграрных целях производится преимущественно для производства или хранения соответствующих продуктов. Основными предпосылками этому являются сокращение сельскохозяйственных земель и рост потребностей общества в сельскохозяйственной продукции (в связи с ростом численности населения на планете). С другой стороны, подземные полости имеют относительно стабильные климатические характеристики, что дает возможность круглогодичного производства и хранения продуктов питания. В настоящее время известны случаи подземного разведения форели, выращивания грибов и овощей, хранения зерна, производства продуктов животноводства и пр. Считается также, что возможно подземное выращивание деревьев для производства древесины.

Основной предпосылкой создания подземных научно-исследовательских лабораторий является защищенность подземного пространства от различных поверхностных факторов: механических, электромагнитных колебаний и т.д. Поэтому в подземных условиях проводят исследования, которые требуют достаточно высокой точности измерений, постоянства климатических характеристик, а также те, которые могут представлять опасность для поверхностных объектов (например, ускорение заряженных частиц). Это достаточно узкий и специфичный круг задач. Сооружения такого рода являются большой редкостью и создаются с особой тщательностью.

Основные причины размещения в подземных условиях хранилищ водных ресурсов - предотвращение изъятия под водохранилища земельных территорий и защита водных ресурсов от влияния антропогенных факторов и окружающей среды. К преимуществам подземных хранилищ воды относят более высокую безопасность хранения, постоянную температуру воды, скрытность хранения, предотвращение испарений, низкую стоимость обслуживания данных сооружений.

В городских условиях возможно также строительство подземных складов. Различают подземные склады ак^ тивного и пассивного складирования. При активном, систематически осуществляемом складировании, когда ежесуточно перерабатывается большое количество продуктов и материалов, необходимы хорошо спланированные, значительные по размерам разгрузочные и погрузочные площадки и непосредственная связь складов с железнодорожными коммуникациями. Подобный склад (полезной площадью около 5 га) расположен вблизи г. Канзас-Сити (США). Часть склада используется для хранения замороженных продуктов в количестве 25 000 т при температуре до - 32 °С. Стоимость строительства склада составила примерно 10 % стоимости наземного холодильника такой же вместимости.

В течение двух последних десятилетий в крупнейших городах мира все большее внимание уделяется проектированию и строительству не только отдельных общественных и административных зданий, но и градостроительных комплексов. В них включены разнородные учреждения обслуживания, проектируемые в тесной взаимосвязи с транспортными сооружениями и, как правило, требующие широкого использования подземного (вместе с наземным) пространства. Примеры - комплексы Курский, Манежный, Сити, элитные дома с подземными гаражными и магазинными комплексами и др.

Таким образом, происходящее в настоящее время интенсивное развитие городской подземной инфраструктуры обусловлено рядом факторов. Известны классификации подземных сооружений по различным признакам. Опыт подземного строительства в нашей стране и мире значителен.

Лекция №1. Состояние и перспективы освоения подземного пространства.

Подземное строительство имеет почти столь же долгую историю, как история человечества. Первобытные люди использовали в качестве жилищ естественные пещеры. Позднее, в бронзовом веке, появились выработки для добычи руд, драгоценных металлов и камней. Древние цивилизации Египта, Индостана оставили после себя впечатляющие памятники подземного зодчества – храмы, подземные лабиринты усыпальниц фараонов. В городе Петра (Иордания) до сих пор сохранились вырубленные в красном песчанике культовые сооружения и жилища. В римской империи подземное строительство достигло высокого уровня. До сих пор в Европе функционируют несколько дорожных и гидротехнических тоннелей, построенных руками рабов по проектам римских инженеров. Дренажный тоннель у озера Фучино (Италия) имеет длину 5,6 км и сечение 1,8´З м.

Проходку тоннелей в скальных породах вели следующим образом. В забое тоннеля разжигался сильный костер, затем раскаленную грудь забоя поливали холодной водой. От сильных термических напряжений породы трескались на небольшую глубину и поддавались разборке ручным инструментом.

Подземное строительство продолжало развиваться и в Средние века. Системы оборонных сооружений крепостей и замков непременно содержали подземные ходы. При штурме Казани войска Ивана Грозного применили минный заряд, заложенный в штольне, которая была пройдена под городской стеной. Средневековые горные выработки, например соляные шахты Величка в Польше, удивляют современных инженеров своей устойчивостью, обязанной мастерству, «чувству камня» их строителей. Средневековые системы водоснабжения и канализации функционируют до сегодняшнего дня во многих городах Европы и Азии. Подземные пещеры Киево-Печерской Лавры свидетельствуют, что средневековая церковь считала подземное пространство вполне пригодным для жизни монахов, а не только обиталищем «нечистых сил».

Эпоха промышленной революции дала новые возможности для ведения подземного строительства – мощные взрывчатые вещества, механические способы бурения, погрузки, транспортирования пород. Одновременно возросли потребности в различного вида подземных сооружениях. Начиная с середины XIX века ведется строительство железнодорожных тоннелей: тоннель Мон-Сенис длиной 12850 м между Францией и Италией построен в 1875–71 гг., Сен-Готард длиной 14984 м – в 1872–82 гг. и Симгаюнский длиной 19780 м – в 1898–1906 гг. между Италией и Швейцарией. В России первый железнодорожный тоннель длиной 1280 м построен в 1868 г.; Сурамский тоннель длиной 3998 м, построенный в 1886–90 гг., до строительства Байкало-Амурской магистрали оставался самым длинным тоннелем СССР.

Широкое распространение получила подземная добыча угля, руд. Был построен даже ряд подземных тоннелей - каналов для пропуска судов через водораздельные участки, в том числе Ронский тоннель на водной магистрали Марсель – Рона (Франция) длиной 7118 м с размерами поперечного сечения 24,5´17,1 м.

С начала XX столетия возросла роль подземного строительства в урбанистике. Почти одновременно в ряде европейских столиц и крупнейших городах Америки прокладываются городские подземные транспортные артерии - метрополитен. С развитием военной авиации перед второй мировой войной в европейских городах приступили к строительству бомбоубежищ, а в Германии были построены подземные военные заводы.

В настоящее время, к рубежу XX и XXI столетий, подземные и заглубленные сооружения стали полноправным элементом городской застройки, присутствуют во многих технологических комплексах.

Подземные сооружения играют важную роль в охране окружающей среды, помогая сберегать поверхность земли. К достоинствам подземных помещений относятся защищенность от атмосферных воздействий, возможность поддержания желаемого температурного режима при низких энергетических затратах. Подземное помещение уменьшает или сводит к нулю связь размещенных в нем объектов с окружающей средой, поэтому там целесообразно размещать вредные и опасные производства.

Объем подземного строительства (без учета выработок горнодобывающей промышленности) в ряде развитых капиталистических стран характеризовался за последние десятилетия следующими цифрами, млн. м 3:

Учитывая малую численность населения Швеции, ее следует признать страной с самым интенсивным подземным строительством: за десятилетие (1970–80 гг.) там построено 4,5 м 3 подземного пространства на каждого жителя. Общий объем подземного строительства в Швеции распределяется приблизительно следующим образом: электростанции – 50 %, транспорт (тоннели, гаражи) – 5 %, коммуникации – 5 %, нефтехранилища – 40 %.

Раздел «Подземные сооружения» курса «Основания, фундаменты и подземные сооружения» является новым для студентов специальности «Промышленное и гражданское строительство». В отличие от курсов «Подземные сооружения", читаемых в горных и гидротехнических вузах, в данном курсе наибольшее внимание уделено подземным сооружениям малого заглубления, являющимся элементами промышленных комплексов или городской урбанистики.

Лекция № 2-3. Классификация и конструкции подземных сооружений.

Классификация.

По назначению выделяют подземные сооружения: коммунально-бытового назначения (подвальные этажи зданий, подземные гаражи, подземные склады магазинов, подземные холодильники, хранилища продуктовых товаров, подземные кинотеатры, и т. д.);

– промышленно-технологические сооружения (емкости очистных водопроводных и канализационных сооружений, заглубленные части дробильно-сортировочных цехов обогатительных фабрик, металлургических производств, подземные атомные котельные и т. д.);

– сооружения гражданской обороны и оборонные (убежища различных классов, командные пункты, шахты для хранения и запуска баллистических ракет и т. д.); транспортные и пешеходные тоннели (горные автомобильные и железнодорожные тоннели для преодоления высоких перевалов, подводные тоннели под реками и морскими проливами, тоннели метрополитена, городские автомобильные и железнодорожные тоннели, пешеходные подземные переходы);

– тоннели городских коммунальных сетей (канализационные, тоннели-коллекторы для прокладки силовых, телефонных кабелей, водопровода и др.);

– гидротехнические подземные сооружения (напорные тоннели, камеры машинных залов ГЭС, подземные бассейны гидроаккумулирующих электростанций);

– выработки для добычи полезных ископаемых (для добычи угля – шахты, руды – рудники);

– хранилища нефтепродуктов и газов, ядовитых и радиоактивных отходов.

Подземные сооружения могут размещаться: в комплексе с надземными зданиями; в сочетании с подземными инженерно-транспортными сооружениями: в специально проводимых выработках под улицами, площадями, скверами; в специальных выработках за чертой города: в отработанных горных выработках.

По глубине заложения подземные сооружения разделяют на заглубленные, малой глубины заложение, глубокие. Над заглубленными сооружениями нет слоя грунта, они перекрыты сверху искусственными конструкционными материалами или вообще представляют собой подземную часть здания.

Над подземными сооружениями малой глубины заложения имеется слой грунта до 10 м. Вес объектов, расположенных па поверхности, вносит свой вклад в давление грунта на обделку подземных сооружений малой глубины заложения.

Подземные сооружения большей глубины заложения относят к разряду глубоких. Давление на обделку этих сооружении уже не зависит от обстановки на поверхности, а определяется только свойствами окружающих пород и глубиной заложения.

Выделяют следующие способы строительства подземных сооружений малой глубины заложения и заглубленных (рис. 2.1):

Котлованный. Этот способ используется при строительстве заглубленных сооружений малой глубины заложения. В грунте отрывается котлован, на дне которого, как на поверхности, возводится сооружение. После завершения строительства котлован засыпается грунтом.

Опускного колодца. Этим способом строятся заглубленные сооружения. При этом боковые ограждающие стены сооружения возводятся на поверхности. Грунт из средней части послойно удаляется, и стены сооружения опускаются в грунт.

«Стена в грунте» Этим способом также возводятся заглубленные сооружения. С поверхности по контуру сооружения отрывается узкая траншея па глубину сооружения. Для обеспечения устойчивости стен траншея заполняется глинистым раствором. Траншея откапывается частями и заполняется бетоном Выемка грунта производится уже под защитой возведенных стен сооружения.

«Горный (закрытый) способ строительства. Строительство тоннелей и других глубоких сооружений ведется подземными способами и включает (рис. 2.2.): отделение породы от массива (отбойку, резание); погрузку ее на транспортные средства; транспортировку; устройство временной крепи, обеспечивающей безопасность работы в забое; возведение постоянной обделки, обеспечивающей устойчивость и водонепроницаемость выработки.

Способы проходки тоннелей делятся на горные и щитовые. В горных способах все операции (отбойка, погрузка, транспорт, возведение временной крепи и постоянной обделки) расчленены и выполняются в циклическом режиме с применением различных средств механизации. В щитовых способах проходки резание пород, погрузку и возведение постоянной обделки выполняют механизмы, объединенные в одном агрегате–проходческом щите, роль временной крепи выполняет специальный подвижный элемент – собственно щит. Тоннели мелкого заложения могут строиться и котлованным способом.

Заглубленные жилые дома

Многие сотни тысяч лет первобытный человек использовал в качестве жилищ природные или специально открытые пещеры, всегда обращался к земле, чтобы укрыться от неблагоприятных климатических условий. Лишь исторически непродолжительная эра доступного и дешевого топлива позволила строить возвышающиеся над уровнем земной поверхности тонкостенные дома и снабжать эти энергетически неэкономичные дома теплом. Теперь, когда количество природного топлива сокращается, настало время пересмотреть взгляды на строительство.

В США, Канаде, ряде других стран начинает развиваться строительство заглубленных домов с земляной теплозащитой. В конце 70-х годов около 5 % новых индивидуальных домов в США строилось в заглубленном исполнении; наблюдается тенденция роста этой величины, особенно в районах с суровыми зимами. К преимуществам заглубленных жилищ, как и других подземных сооружений, относятся сокращение энергетических затрат на отопление зимой и охлаждение летом, сокращение затрат на наружный ремонт, лучшая звукоизоляция, устойчивость против штормовых воздействий. Проектирование заглубленных жилищ предусматривает множество различных способов сохранения энергии, например, пассивное использование солнечной энергии, рекуперацию тепла из вентиляционных выбросов и канализационных стоков и др. Нет сомнения, что грандиозная программа обновления жилья в сельских местностях СССР представляет исключительные возможности для развития этого вида жилищного строительства.

Основные типы заглубленных жилищ в условиях плоского падающего рельефа приведены на рис. 1.21. Дом атриумного типа (рис. 1.21, а) находится полностью ниже уровня земли, имеет внутренний дворик, в наибольшей степени защищен от ветров. Недостатком его является отсутствие вида на местность из окон, выходящих во внутренний двор. Обычно атриумная планировка применяется в условиях теплого климата. В условиях равнинной местности с суровым климатом чаще всего возводятся полузаглубленные дома (рис. 1.21, б). «Падающий рельеф» холмистой местности наиболее благоприятен для строительства заглубленных домов (рис. 1.21, в и г). В таких условиях возможно строительство одно- и двухэтажных домов; при этом отсутствует основной недостаток заглубленных жилищ в условиях равнинной местности: ограничение вида на местность, что является довольно существенным эстетическим и психологическим фактором.

Правильная ориентация здания по отношению к солнцу и ветру может обеспечить значительную дополнительную экономию энергии. Энергия солнечной радиации может быть использована для получения тепла в активной и пассивной форме. Большинство активных систем использования солнечной энергии имеют плоские коллекторы, устанавливаемые непосредственно на здание или по соседству с ним. Так системы не предъявляют жестких требований к ориентации здания. Прогрев помещения солнцем через окна называется пассивным использованием солнечной энергии; наибольший эффект при этом достигается при ориентировке окон на юг. В северном полушарии наибольшие теплопотери зимой связаны с ветрами северных румбов, так что ориентация оконных и дверных проемов заглубленного жилища на юг обеспечивает и наилучшую защиту от ветра.

Геомеханические процессы.

Строительство горных выработок и подземных сооружении вызывает нарушение начального напряженно-деформированного состояния породных массивов. Возникающие в результате этого механические процессы деформирования приводят к формированию нового равновесного напряженно-деформированного состояния породных массивов в окрестности выработок. Новое поле напряжений и деформаций условно будем называть полным, имея в виду, что оно сформировалось в результате наложения на начальное поле дополнительного поля напряжений и деформаций, образовавшегося при сооружении выработки.

Знание основных закономерностей деформирования породного массива позволяет прогнозировать возможные реализации механических процессов. Сложность этой задачи определяется прежде всего большим числом влияющих факторов. В общем случае породный массив представляет собой дискретную, неоднородную, анизотропную среду, механические процессы деформирования в которой носят нелинейный временной характер. Кроме геологических факторов большое влияние оказывают инженерно-технические условия строительства и, в частности, форма и размеры выработок, их ориентация в массиве, способ проходки и поддержания, технология крепления и др.

Очевидно, что при одновременном учете всех этих факторов аналитическое описание закономерностей процесса формирования напряженно-деформированного состояния практически невозможно. Вместе с тем многолетний опыт и знания, накопленные в механике горных пород, показывают, что при любом сочетании влияющих факторов всегда может быть выделен один-два главных, имеющих определяющее значение для характера реализации механических процессов. Так, например, при строительстве тоннеля в скальных породах из всех факторов главнейшим будет трещиноватость пород. Именно она обусловливает в данном случае реализацию механических процессов в виде локальных вывалов или сплошного сводообразования. В качестве другого при мера можно привести случай, когда определяющими факторам» будут форма и размеры выработки. Так, в кровле очистной горной выработки прямоугольной формы, имеющей ширину, значительно большую, чем высоту, возникают опасные для ее эксплуатации растягивающие напряжения. Число подобных примеров, можно было бы продолжить.

Все вышесказанное позволяет определить методический подход к изучению основных закономерностей процесса формирования напряженно-деформированного состояния породного массива вокруг горных выработок.

Вначале предлагается рассмотреть простейшую задачу, ее решение принять за базовое, а затем в сравнении с этим решением изучить влияние различных естественных (природных) и искусственных (технологических) факторов на напряженно-деформированное состояние породного массива.

В качестве такой базовой задачи рассмотрим полное поле напряжений в окрестности горизонтальной протяженной горной выработки кругового поперечного сечения,пройденной на достаточно большой глубине в сплошном однородном изотропном породном массиве с равнокомпонентным начальным напряженным состоянием q, предполагая линейную физическую зависимость между напряжениями и деформациями, т. е. рассматривая породный массив как линейно-деформируемый. Будем предполагать, что реактивный отпор крепи р равномерно распределен по контуру выработки. В такой постановке граничные условия имеют вид

s r = p при r = 1 при r à ¥. (7.1*)

Решая соответствующую задачу теории упругости в постановке плоской деформации при m = 0.5, получаем в цилиндрической системе координат (r , q – в плоскости поперечного сечения выработки, z – продольная ось выработки) следующие полные-напряжения:

и безразмерные смещения

(7.2)

где s q , s r – соответственно тангенциальное (окружное) и радиальное нормальные напряжения; s z – нормальное напряжение в направлении продольной оси выработки; t r q , t rz , t qz – касательные напряжения; и – безразмерные радиальные смещения; Е – модуль деформации горных пород; r – безразмерная радиальная координата рассматриваемой точки породного массива, выраженная в единицах радиуса выработки, в проходке R b .

Соответствующее начальное поле напряжений характеризуется компонентами

а дополнительное поле напряжении – компонентами

Для наглядности распределение компонентов s q и s r полного (сплошные линии), начального (штрихпунктирные линии) и дополнительного (пунктирные линии) полей напряжений показано на рис. 7.1.

Окружающие выработку породы имеют ограниченную несущую способность, т. е. способность сопротивляться увеличению напряжений, и могут деформироваться без разрушения в определенных пределах. Поэтому следствием сформировавшегося в результате проведения выработок нового напряженно-деформированного состояния могут быть процессы разрушения горных пород, проявляющиеся в одних породах в виде хрупкого разрушения, в других – в виде пластического течения. В результате вокруг выработки образуются области запредельного состояния и полного (руинного) разрушения, которые могут охватывать весь контур выработки или отдельные его части. Деформируемость разрушенных пород повышается, а это в свою очередь вызывает значительное увеличение смещений породного контура.

Таким образом, образование в породном массиве частично или полностью разрушенных областей пород является одной из форм реализации механических процессов деформирования пород или, как принято говорить, одной из форм проявления горного давления. Частичное или сплошное сводообразование, значительные смещения породного контура, т. е. основные источники формирования нагрузок на конструкции подземных сооружений, являются следствием процессов разрушения. Поэтому знание основных закономерностей разрушения поре вокруг выработок необходимо для качественной и количественной оценки возможных проявлений горного давления и, следовательно, и научно обоснованного выбора способов и средств борьбы с этими проявлениями.

Как уже отмечалось ранее, разрушение пород протекает различно как в виде хрупкого разрушения, так и путем пластического деформирования. Поэтом для математического анализа механических процессов разрушения используются различные геомеханические модели.

В хрупкоразрушающихся породах образование области предельного равновесия может привести к нарушению сплошности массива на внешней границе этой области, что математически выражается в виде неравенства тангенциальных нормальных напряжений, действующих по обе стороны от указанной границы, процессе разрушения изменяются механические характеристики пород в области предельного равновесия и, в частности, прочность пород на сжатие уменьшаете до величины остаточной прочности. Этому случаю соответствует модель идеально-хрупкой среды, определяемая диаграммой деформирования Оаb (рис. 8.1) физическим уравнением (5.69) на запредельном участке деформирования.

В пластичных породах образование области предельного равновесия может происходить без столь заметных разрушений, как в хрупких, и проявляется в виде пластического течения без разрывов сплошности. При этом в определенном диапазоне деформации существенного изменения механических характеристик не происходит. Это позволяет использовать в данном случае модель идеалы» пластичной среды, показанную на рис. 8.1 в виде диаграммы Оас , и физическое уравнение (5.67) на запредельном участке деформирования.

Нагрузки и воздействия.

Расчеты при проектировании колодцев должны производится на нагрузки и воздействия, которые определяются условиями строительства и эксплуатации сооружения (рис. 1).

Расчетные значения веса стен G 0 , кН, днища G д, кН и тиксотропного раствора G т , кН определяются по проектным размерам элементов, принимая вес железобетонных конструкций в соответствии с требованиями главы СНиП по проектированию бетонных и железобетонных конструкций (II).

Горизонтальное давление грунта на колодец формируют следующие нагрузки:

а) основное давление грунта определяется как давление грунта в состоянии покоя по формуле:

, (1)

где g – удельный вес грунта, кН/м 3 ;
z – расстояние от поверхности грунта до рассматриваемого сечения, м;
j – угол внутреннего трения грунта.

Для колодцев, погружаемых ниже уровня грунтовых вод, удельный вес грунта принимается с учетом взвешивающего действия воды, т. е.

где g s – удельный вес частиц грунта, кН/м 3 ;
g w – удельный вес воды, принимается 10 кН/м 3 ;
e – коэффициент пористости грунта.

б) основное давление тиксотропного раствора в период погружения колодца определяется по формуле:

где g 1 – удельный вес тиксотропного раствора, кН/м 3 .

в) дополнительное давление грунта, вызываемое наклоном пластов:

где a – коэффициент, зависящий от наклона пластов (принимается по (2), с. 14).

г) гидростатическое давление грунтовых вод, учитываемое во всех грунтах, кроме водоупорных:

, (5)

где h b – расстояние от поверхности грунта до уровня грунтовых вод, м.

д) дополнительное давление от сплошной вертикальной равномерно-распределенной вокруг сооружения нагрузки q:

, (6)

е) дополнительное давление от вертикальной сосредоточенной нагрузки <2 или от нагрузки, равномерно распределенной по прямоугольной площади поверхности. Определяется по рекомендациям работы (2), с. 19-24.

Усилия трения ножа колодца по грунту определяются по формуле:

, (7)

где т –коэффициент условий работы. При расчете на всплытие т = 0.5, на погружение m = 1;

и –наружный периметр ножа колодца, м,

h u – высота ножа, м;

f – сопротивление грунта по боковой поверхности ножевой части, кПа. Определяется по таблице (/2/, с. 17). Для ориентировочных расчетов можно принять (при погружении колодца на глубину до 30 м):

– пески гравелистые, крупные и средней крупности 53 – 93

– пески мелкие и пылеватые 43-75

– суглинки и глины твердые и полутвердые 47 – 99

– супеси твердые и пластичные, суглинки и глины туго- и мягкопластичные 33 – 77

– супеси, суглинки и глины текучие и текучепластичные 20 – 40

усилия трения стен колодца в зоне тиксотропной рубашки определяются по формуле:

, (8)

где Н т –высота тиксотропной рубашки, м;
Т° –удельная сила трения стен колодца в зоне тиксотропной рубашки, принимается 1–2 кПа. При расчете на всплытие (после тампонажа щели тиксотропной рубашки цементно-песчаным раствором) 40 кПа.

Усилия сопротивления грунта под банкетной ножа определяются по формуле:

где R – расчетное сопротивление грунта основания, принимается в соответствии с рекомендациями работы /12/, с. 37 (табл. 1-5); F u – площадь подошвы ножа, м 2 .

Расчет колодца.

Расчет погружения колодца производится из условия:

, (10)

где G –вес колодца и пригрузки с учетом коэффициента надежности по нагрузке g f = 0,9;
g f1 –коэффициент надежности погружения: g f1 > 1 –в момент движения колодца, g f1 = 1 – в момент остановки колодца или яруса на проектной отметке.

Колодцы, погружаемые ниже уровня грунтовых вод, после устройства днища должны рассчитываться на всплытие в любых грунтах (за исключением случая, когда под днищем выполняется дренаж) на расчетные нагрузки из условия:

, (11)

где SG – сумма всех постоянных вертикальных нагрузок с учетом пригрузки с коэффициентом надежности по нагрузке g f = 0,9;
F g –площадь днища, м 2 ;

h w –расстояние от низа днища до уровня грунтовых вод, м;

g fw – коэффициент надежности против всплытия, равный 1,2.

Примеры расчета.

Рассчитать колодец с внутренним диаметром 20 м, глубиной 30 м, на нагрузки и воздействия, возникающие в условиях строительства (рис. 2 а). Колодец погружается в тиксотропной рубашке (g 1 =15.0 кН/м 3) с применением водопонижения. Грунты однородные, представлены суглинком тугопластичным (g = 16,6 кН/м 3 , g s = 26,8 кН/м 3 , e = 0,7, j = 18°, с = 17 кПа).

На основании исходных данных определяем вес стен колодца:

G 0 = 3,14×(10,6 2 – 10,0 2)×30×25 =29108 кН.

Основное давление тиксотропного раствора в период погружения (3):

– на отметке 0,00 Р r – 0;

– на отметке 28,00 Р r = 15×28 = 420 кПа.

Дополнительное давление от сплошной вертикальной нагрузки q = 20 кПа (6):

P g = 20×tg 2 (45-18/2) = 10,5 кПа.

По полученным значениям строим эпюру давлений (рис. 2а). Усилия трения ножа колодца по грунту (7):

T u =1×2×3,14×10,8×2×77 = 10445 кН.

Усилия трения стен колодца в зоне тиксотропной рубашки (8):

T m =1×2×3,14×28×2 = 352 кН.

Суммарные усилия трения:

T = T u + T m =10445 + 352 = 10797 кН.

Усилия сопротивления грунта под банкеткой ножа (9):

R u = 3,14×(10,8 2 – 10,6 2) ×200 = 2688 кН.

Расчет погружения колодца выполним по формуле (10):

Погружение колодца обеспечено.

Основное давление грунта (1):

– на отметке 0.00 Р r,о = 0;

– на отметке 19.00 (уровень грунтовых вод):

– на отметке 30.00:

Гидростатическое давление грунтовых вод (5):

Дополнительное давление от сплошной вертикальной нагрузки = 20кПа (6):

По полученным значениям строим эпюру давлений (рис. 2 б).

Усилия трения ножа колодца по грунту (при расчете на всплытие) (7):

Усилия трения стен колодца по грунту после выполнения тампонажа щели цементно-песчаным раствором (при расчете на всплытие) (8):

Расчет колодца на всплытие выполним по формуле (11) с учетом веса днища

G g = 3.14×10.8 2 ×1.8×25 = 16481 кН.

Пригрузка колодца не требуется.

Дренаж и водоотлив.

Обводненность грунтов в процессе строительства вызывает технологические сложности. В процессе эксплуатации подземного сооружения подземные воды порождают архимедову силу взвешивания, которая при недостаточной нагрузке сверху может привести к всплытию сооружения. Кроме того, даже при самых надежных видах гидроизоляции вода проникает в подземное сооружение. Дренаж – это система дрен и фильтров, собирающих подземную воду и отводящих ее от котлована или сооружения, а водоотлив – откачивающая система (насосы, трубопроводы).

При пересеченном рельефе возможно устройство самотечного дренажа, если в доступной близости проходит канализационный коллектор на глубине, большей глубины заложения дренажных устройств. Во всех остальных случаях дренаж требует подъема уловленной воды на поверхность с помощью водоотлива. Поскольку водоотлив связан с потреблением электроэнергии, и в случае перерывов в ее подаче обводненность массива может быстро измениться, на эксплуатационный период обычно не предусматривается дренаж грунта с водоотливом, и сооружение рассчитывается на работу при естественном режиме подземных вод. В процессе строительства сооружения – напротив, как правило, стремятся к полному осушению котлована.

Щитовой способ.

Для разработки грунта широко применяют проходческие щиты, представляющие собой передвижную крепь, позволяющую под защитой разрабатывать грунт и возводить обделку. Формы поперечного сечения щитов – круговая, сводчатая, прямоугольная, трапецеидальная, эллиптическая и пр. По способу рыхления различают немеханизированные и механизированные щиты. В первом случае грунт разрабатывают вручную или с применением ручных инструментов, во втором все операции полностью механизированы и выполняются специальным рабочим органом. Проходческий щит кругового очертания представляет собой стальной цилиндр, состоящий из ножевого и опорного колец, а также хвостовой оболочки (см. рис. 1).

Ножевое кольцо подрезает грунт по контуру выработки и служит для защиты работающих в забое людей. При проходке в мягких – грунтах оно имеет уширенную верхнюю часть – аванбек, а в слабых – предохранительный козырек. Опорное кольцо вместе с ножевым – основная несущая конструкция щита. По периметру опорного кольца равномерно располагаются щитовые домкраты, служащие для передвижения агрегата. Хвостовая оболочка закрепляет контур выработки в месте возведения очередного кольца обделки.

Немеханизированные щиты оснащают горизонтальными и вертикальными перегородками, выдвижными платформами, а также забойными и платформенными домкратами.

Работы по щитовой проходке начинают с монтажа щитов и оснащения их необходимым оборудованием. В зависимости от вида подземного сооружения, глубины его заложения и инженерно-геологических условий щиты собирают в открытых выемках или котлованах, опускают целиком через шахтный ствол или внутри камеры либо монтируют в специальных подземных камерах.

Технология щитовой проходки зависит главным образом от типа щита, свойств грунта и вида обделки. При проходке немеханизированными щитами разработку, погрузку и транспортирование грунта производит так же, как при горном способе работ с применением стандартного горнопроходческого оборудования (бурильные молотки, погрузочные машины, вагонетки, электровозы и пр.). Успешно применяют проходческие щитовые комплексы КТ 1-5,6; ТЩБ-3, КМ-19, КТ-5,6Б2, которые состоят из щитового агрегата и оборудования для выполнения горнопроходческих, монтажных, гидроизоляционных и вспомогательных работ. Уровень механизации щитовых комплексов достигает 90...95 %, а скорости проходки тоннелей диаметром 5...6 м составляют 300...400 м в месяц и более.

Схемы механизации щитовых работ отличаются способами разработки грунта, крепления кровли и лба забоя, все остальные операции по погрузке и транспортированию грунта, по возведению и гидроизоляции обделки выполняют аналогично. Из забоя щита грунт поступает на магистральный транспортер-перегружатель, в конце которого помещается бункер с двумя затворами, что позволяет выгружать грунт в вагонетки. На мосту закреплены толкатели нижнего или верхнего действия, при помощи которых перемещаются отдельные вагонетки, тележки с блоками, пневмобетоноукладчики и т. п.

По мере разработки грунта выработку крепят арочной, анкерной, набрызг-бетонной, комбинированной временной контурной крепью (рис. 2). Арочную крепь устраивают из металлических прокатных профилей (двутавры, швеллеры, трубы), изогнутых по контуру выработки. Каждая арка состоит из двух или четырех элементов, соединяемых на болтах. Арки устанавливают с шагом 0,8...1,5 м, опирая на грунт через деревянные подкладки и раскрепляя деревянными или металлическими распорками. Пространство между арками затягивают досками, железобетонными плитами или гофрированным» стальными листами. В сводовой части устраивают сплошную затяжку, разбирая ее перед бетонированием. Крепь устраивают в виде анкеров, расположенных в пробуренных скважинах, «подвешивая» к ненарушенному массиву участок нарушенного грунта; применяют клиновые и распорные металлические анкеры с замковым устройством, железобетонные (набивные, нагнетательные и перфорированные), закрепляемые по всей глубине шпура, сталеполимерные анкеры, закрепляемые в шпурах эпоксидными или полиэфирными смолами и вступающие в совместную работу с окружающим массивом через 1...2 ч после установки.

В выработках большого размера используют предварительно напряженные анкеры, которые заделывают в д

ОСВОЕНИЕ ПОДЗЕМНОГО ПРОСТРАНСТВА, КАК НЕОБХОДИМОЕ УСЛОВИЕ РАЗВИТИЯ МЕГАПОЛИСА

Генеральный директор СРО НП «Объединение строителей подземных сооружений, промышленных и гражданских объектов»

VIII Санкт-Петербургский Международный Форум «МИР МОСТОВ»

Санкт-Петербург, 22.09 – 23.года

КБЦ «Петроконгресс»

«Нам нужно уходить под землю.

Использовать территорию Петербурга для открытых стоянок

или для технических помещений – безумие»

, ген. директор

Строительный комплекс Санкт-Петербурга - крупнейшая отрасль городской экономики, одно из ведущих направлений развития Петербурга. Объемы строительства растут с каждым годом, что требует развития городской инфраструктуры, как в новых кварталах, так и в районах со сложившейся городской застройкой, центре Петербурга. И сегодня наряду с развитием новых городских территорий, одним из направлений работы строительного блока становится освоение подземного пространства, позволяющее сохранить уникальный внешний облик центральных районов и ценных городских ландшафтов.

В Санкт-Петербурге подземный ресурс города использован пока не достаточно. Однако развитие научной мысли, применение новых строительных методов и технологий сегодня позволяют вновь поднять вопрос освоения подземного пространства для прокладки новых городских транспортных магистралей, размещения гаражей, паркингов, пешеходных переходов, объектов коммерческой недвижимости , коммунального хозяйства , использования подземных этажей для обеспечения прочности и надежности конструкций строящихся высотных зданий.

Решение задач подземной урбанизации требует комплексного подхода с привлечением архитекторов и инженеров различных специализаций: геологов, геотехников , конструкторов, транспортников, тоннельщиков, сетевиков, экономистов.

Во всех крупнейших городах мира в условиях дефицита городских территорий активно развивается подземная урбанизация. Под землей размещают тоннели транзитных транспортных магистралей, дублирующие перегруженные транспортом городские улицы, пешеходные переходы, транспортные развязки , гаражи, парковки автомобилей, логистические центры, объекты торгового, развлекательного, коммунально-бытового и другого назначения, трансформаторные подстанции и прочие инженерные сооружения.

Зарубежный опыт показывает, что для обеспечения устойчивого развития и комфортного проживания в мегаполисе доля подземных сооружений от общей площади вводимых объектов должна составлять 20-25%. В Москве доля подземных сооружений, введенных в эксплуатацию за последние 5 лет, не превышает 8%. В Санкт-Петербурге этот показатель ещё ниже.

В Санкт-Петербурге, несмотря на стремление к экономии городских территорий и необходимость разгрузки наземных городских магистралей, освоение подземного пространства идет крайне медленно. Это объясняется сложными инженерно-геологическими условиями города, недостаточностью опыта проектирования, строительства и эксплуатации подземных сооружений и многофункциональных комплексов, а также отсутствием общей концепции комплексного освоения подземного пространства.

Подземное строительство относится к высшему классу сложности. Оно считается более сложным, чем высотное строительство, которое все шире применяется для застройки наших крупных городов. Но именно возведение высотных зданий на слабых грунтах диктует строительство многоэтажной подземной его части для обеспечения устойчивости и надежности сооружения, тем самым, являясь движителем развития подземной урбанизации.

Во многих странах мира в последние десятилетия продолжалось интенсивное освоение подземного пространства. Оно нацелено как на строительство тоннелей на внутренних и межгосударственных путях сообщения, так и, пожалуй, не в меньшей степени на решение транспортных, социальных и экологических проблем крупных городов. Развитие тоннелестроения и освоения подземного пространства городов привело в этой области к совершенствованию и созданию новых, в том числе и высоких технологий, на базе которых подземное строительство превратилось в интенсивно развивающуюся индустрию.

Освоение подземного пространства как отдельное направление градостроительного развития наших городов отсутствует.

Вместе с тем, анализ ранее принятых проектных решений показывает, что в большинстве случаев отказ от освоения подземного пространства негативно влияет на формируемую планировочную и архитектурно-пространственную структуру городов.

Мировая практика градостроительства свидетельствует, что одним из наиболее эффективных путей решения территориальных, транспортных и экологических проблем крупных городов, развивающихся как культурно-исторические и торгово-промышленные центры, является комплексное освоение подземного пространства.

Происшедшие в последние годы социальные изменения привели к усилению неблагоприятных тенденций в развитии городов. Центры городов приобретают все более административно-коммерческий характер, что усложняет транспортные и экологические проблемы, требует принятия эффективных мер по сохранению исторической части города. Резкий рост числа личных автомобилей и отсутствие для них достаточного количества гаражей и транспортных тоннелей превратили улицы и площади исторического центра города в зону транзита и стоянки транспорта. Многочисленные торговые точки и складские помещения, не требующие по своим функциональным особенностям размещения на поверхности, занимают значительное пространство жилых кварталов и перекрестков улиц. Все сооружения электро - и теплоэнергетики располагаются на поверхности, не обеспечивая должной безопасности и экологической чистоты.

В этих условиях освоение подземного пространства - один из наиболее реальных путей развития городской среды центральной зоны.

Необходимо размещать многофункциональные подземные и наземно-подземные комплексы, в первую очередь, вблизи пересадочных узлов метрополитена, железнодорожных вокзалов, на будущих трассах автотранспортных тоннелей. Функциональное предназначение подземной части комплексов может значительно отличаться в зависимости от места размещения. Наиболее важная проблема, которую они должны разрешить - транспортная, что требует расположения в них гаражей, паркингов, транспортных вертикальных и горизонтальных коммуникаций, станций обслуживания, разветвленных переходов преимущественно зального типа. Вместе с тем в них могут размещаться магазины, торговые точки, склады, кафе, рестораны, места отдыха и другие помещения сферы обслуживания.

Активное и комплексное использование подземного пространства позволяет успешно решать совокупность сложных и важных для любого современного города задач:

− создает предпосылки для наиболее рационального использования и экономии все более дефицитных городских территорий, освобождая поверхность земли от многочисленных сооружений, помещений и устройств, как правило, не связанных с постоянным пребыванием в них людей. Одновременно происходит увеличение незастроенных, открытых озелененных и обводненных пространств и формирование удобной для населения, здоровой и эстетически привлекательной городской среды;

− позволяет предельно компактно размещать сооружения самого различного назначения, в том числе создавать новые или развивать существующие объекты массового посещения в наиболее нужных для города местах, даже в условиях реконструируемой и крайне стесненной застройки;

− способствует обеспечению транспортного единства осваиваемых территорий и радикальному упорядочению транспортного обслуживания населения благодаря взаимосогласованному использованию скоростного неуличного транспорта, магистральных улиц и дорог, с формированием систем предельно компактных и, как правило, многоуровневых пересадочных узлов;

− облегчает решение проблем размещения и развития систем подземных технических, коммунально-складских и подсобно-вспомогательных помещений с максимальным градостроительным, эксплуатационным и экономическим эффектом;

− обеспечивает возможности значительной экономии топливно-энергетических ресурсов при эксплуатации подземных и полуподземных объектов по сравнению с аналогичными по назначению «наземными» объектами - на отопление и охлаждение до 30-50 % в складах и до 80 % в холодильниках и морозильниках при одновременном повышении их устойчивости и долговечности;

− обеспечивает оптимальные условия развития, эксплуатации и ремонтов городских инженерных сетей с использованием коллекторных прокладок и минимальными объемами разрытий;

− способствует оздоровлению городской среды за счет организации непрерывного и безопасного движения транспорта на наиболее важных направлениях, улучшению условий постоянного и временного хранения транспорта, том числе индивидуальных автомобилей в различных функциональных зонах городов;

− способствует решению художественно-эстетических задач с формированием пространственно-выразительной застройки, бережным сохранением и раскрытием памятников истории и культуры и особенностей всегда неповторимого природного ландшафта.

Освоение подземного пространства городов является более сложным по сравнению с методами традиционного «наземного» строительства, требует специфических методов производства работ, с учетом нормальной жизнедеятельности города, с характером ранее уложенных коммуникаций и оснований ранее построенных зданий. Значительное влияние на возможности развития подземных объектов, их пространственно-конструктивную структуру и технологическое оборудование оказывают конкретные гидрогеологические условия.

Стоимость строительства новых подземных сооружений значительно, нередко в 1.5-2 раза, превышает стоимость аналогичных наземных зданий и сооружений. Вместе с тем значительно расширяет область развития подземной урбанистики во многом новые для нас понятия цены земли, цены недвижимости, комплексной градостроительной оценки территории, в которой учитываются не только предстоящие затраты на строительство на данном участке, но и ранее вложенные, а также ожидаемый суммарный социально-экономический эффект. Все это требует, как правило, многовариантных проектных решений.

В городах различной величины, отличающихся по месту расположения, застройке, культурно-историческим и природным условиям оправданы различные, в том числе и контрастные направления освоения их подземного пространства. Несмотря на это, могут быть высказаны и определенные, наиболее общие рекомендации.

Основное направление комплексного использования подземного пространства крупнейшего города - это, прежде всего - зона общегородского центр прилегающие к ней территории, а также межрайонные и специализированные центры, являющиеся, как правило, наиболее посещаемыми частями города. Именно в них преобладает опорная капитальная и исторически ценная застройка и здесь обычно фиксируется самый острый дефицит свободных незастроенных территорий.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Развитие подземной урбанистики является необратимым процессом и знаменует собой качественно новый уровень современного городского жилищно-гражданского и другого строительства. Оно должно быть распространено на все города, в первую очередь, на крупнейшие и крупные, и на все их функциональные зоны.

2. Необходимость разработки основных направлений комплексного использования подземного пространства возникает на всех основных стадиях градостроительного проектирования:

При составлении или корректировке Генерального плана города - в виде наиболее общего прогноза;

При разработке проекта детальной планировки - в виде программы;

При разработке проекта застройки - в виде части проекта.

Главная цель активного и комплексного использования подземного пространства города - обеспечение оптимальных условий для труда, быта и отдыха городского населения с одновременным увеличением открытых озелененных пространств, с формированием здоровой, удобной и эстетически привлекательной городской среды. А в связи с тем, что территория центральных частей городов практически освоена, основной принцип развития - реконструкция сложившихся регионов. Все это требует углубленных предпроектных исследований, многовариантного проектирования и многофакторной оценки альтернативных решений.

В настоящее время считается, что строительство подземной части городов является показателем условий жизни населения развивающихся мегаполисов, связанным с их количественным и качественным ростом, развитием новых и традиционных городских функций.

Практика разработки предпроектной и проектной документации для различных видов строительства в подземном исполнении в последние годы (исключая традиционные виды работ) носит чисто стихийный характер, определяемый большим количеством предложений со случайным проявлением коммерческих интересов. При этом отсутствует механизм направления этой нужной для города инвестиционной деятельности в определенное, с градостроительных позиций строго обоснованное русло.

При этом наряду с традиционными видами работ, в новых условиях необходима разработка широкомасштабного перечня видов работ, рекомендуемых к исполнению в подземном пространстве, а также разработка типологии и классификации качественно новых форм использования подземного пространства: социально-культурных центров, многофункциональных комплексов, других объектов и видов строительства, сооружение которых в городе отвечало бы современным требованиям общемировых стандартов. В этом плане необходим комплексный анализ зарубежного опыта проектирования и строительства подобных объектов. В новых условиях необходима разработка строго обоснованной адресной программы первоочередного подземного пространства с выявлением и расстановкой приоритетов, определяющих решение важнейших социально-градостроительных задач, ясно понимаемых и принимаемых всеми участниками процесса развития города.

3. Транспортные проблемы также необходимо решать с помощью интенсивного освоения подземного пространства города. При росте автомобилизации до 300-350 авт./ 1000 жителей необходимо найти место для дополнительных магистралей, это, в первую очередь, пространство «под» и «над» земной поверхностью.

В своем развитии город перерос исторически сложившуюся в его центре одноуровневую уличную сеть, что и порождает многочисленные техногенные проблемы. Практически невозможно "расширить" уличную сеть без интенсивного использования подуличного подземного пространства, которое в настоящее время осваивается крайне ограниченно и неэффективно, отдельными локально-поперечными участками частного назначения (например, подземные пешеходные переходы).

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ОСВОЕНИЯ ПОДЗЕМНОГО ПРОСТРАНСТВА В ЦЕНТРАЛЬНЫХ РАЙОНАХ ГОРОДОВ

Инвестирование при освоении подземного пространства.

Подземное строительство в городах имеет некоторое явное преимущество по сравнению с сооружениями на поверхности:

Наземное пространство плотно застроено. Освоение подземного пространства нередко является единственно возможным путем развития городской инфраструктуры со значительным эффектом для города;

При размещении ряда функций для жизнеобеспечения граждан под землей создаются более благоприятные возможности для существования людей на поверхности: для отдыха в парках, движения пешеходов и так далее;

Сохраняются культурные и природные ценности на поверхности, при этом продуманное подземное строительство не создает эффектов, нарушающих жизнь города;

Шум и выхлопные газы на дорогах и рельсах проще контролировать в тоннелях, чем на поверхности;

Сберегается энергия охлаждения или отопления, поскольку под землей обеспечивается более регулируемый климат;

Подземные сооружения обеспечивают убежища для населения во время военных действий и защищают инфраструктуру жизнеобеспечения от попыток ее нарушения.

Эти преимущества вместе с новыми методами строительства, сокращением времени строительства и снижением его стоимости делают подземные решения все более и более популярными.

Возрастание интереса к подземному строительству в условиях рыночных отношений приводит к постановке новых вопросов при его планировании.

Подземное строительство во всех странах управляется посредством определенного законодательства. Главной целью этого законодательства является соотношение между различными частными правами и общественными интересами. Законодательство защищает права существующих наземных и подземных пользователей, обеспечивает личную безопасность и здоровье, защиту природной и культурной окружающей среды. Одним из сложных правовых вопросов является ограничение права на собственность подземной средой по вертикали.

Права собственников на землю сильно отличаются в различных странах. Имеется три основных градации прав:

Собственник земли владеет подземным пространством до центра земли;

В той степени как далеко распространяется благоразумие существующих интересов;

Право на собственность ограничивается глубиной от поверхности земли (не более чем 6 м).

В РФ эти правовые вопросы пока не имеют решения. Недостатки в законодательстве приводят к неопределенностям во взглядах на право ответственности и распределение риска при финансировании подземных объектов.

Инвестирование при освоении подземного пространства должно производиться из следующих источников:

Из городского и районных бюджетов;

Станции и тоннели метрополитена, канализационные тоннели и подземные инженерные объекты - из бюджетных источников;

Крупные полифункциональные комплексы - из бюджета, а также за счет средств акционерных обществ;

Объекты в подземном пространстве общегородских территорий за счет городских и районных бюджетов, а также за счет частных инвестиций;

Подземные объекты в квартальной застройке за счет частных инвестиций.

Для создания благоприятного инвестиционного климата необходима проработка проектных вариантов и создание смешанных акционерных обществ.

Закономерность современного этапа освоения подземного пространства это непрерывное возрастание значения подземного строительства во всем мире. Это явствует, в частности, из огромных усилий, предпринимаемых для улучшения транспортной инфраструктуры городов в Северной Америке и Юго-Восточной Азии, в особенности в Китае, Японии, Корее, Сингапуре. Значительная работа по созданию сетей канализации, строительству тоннелей - водопроводов и других коммуникаций, необходимых густонаселенным мегаполисам, проводится в Центральной, и Южной Америке , в Северной и Южной Африке. Все больше правительств и муниципальных органов власти во всем мире осознают необходимость и преимущества использования подземного пространства.

Большинство крупных городов мира в настоящее время последовательно осуществляют программы освоения подземного пространства в исторических центрах города, при этом комплексно решаются проблемы транспорта, коммунального и жилого хозяйства, занятости населения, энергосбережения и т. д.

Нами проведен анализ зарубежного опыта подземного строительства в городских агломерациях , схожих с Москвой по таким показателям, как численность населения, количество транспортных средств на одного жителя, площадь занимаемой территории, соотношение исторической и современной застройки.

Анализ показывает - оптимальные условия для обеспечения устойчивого развития и комфортного проживания достигаются при доле подземных сооружений от общей площади вводимых объектов в 20-25 % за счет того, что ниже уровня поверхности земли может быть размещено до 70 % от общего объема гаражей, до 80 % складов, до 50 % архивов и хранилищ, до 30 % предприятий сферы обслуживания. Это административные, зрелищные и спортивные сооружения (например, в Норвегии возведен крупнейший спортивный комплекс на глубине 18 метров от поверхности земли, общая площадь которого равна 7 тыс. кв. м.), торговые центры, кинотеатры, бассейны и многое-многое другое.

Разумеется, не во всех крупных городах это соотношение выдерживается, но вместе с тем есть примеры выдающихся подземных сооружений, без которых современный облик таких городов, например, как Монреаль и Торонто, невозможно представить. Есть и другие решения - например, система организации парковок в Мюнхене и Париже. Внешне невидимые, они обеспечили вывод качества и комфорта городской среды на значительно более высокий уровень.

Весь опыт проектирования и реализации подземных сооружений подтверждает, что технические сложности или природные условия не являются главными препятствиями на пути к комплексному использованию подземного пространства в целях удовлетворения нужд города и создания приемлемых условий жизни, работы и отдыха для его жителей. Недостаток исходных данных, неопределенность в компетенциях, в юридической области, запутанность имущественных отношений, недостаток финансовых средств и неясность в правилах определения окупаемости капитальных вложений – вот те самые главные камни преткновения. Кроме того – фактически не существует генеральный план использования подземного пространства городов, несмотря на то, что без учета такого же плана, созданного для наземных строек, нельзя даже подумать о строительстве любого наземного объекта.

Центральные области больших городов, как правило, представляют собой огромное сосредоточение сплошной застройки, транспорта и технической инфраструктуры, работающих на пределе своих возможностей. Непрерывно нарастающие требования по объему деятельности, которую необходимо в этом ограниченном пространстве выполнять, заставляют искать все новые и но­вые подходы к решению этой столь сложной градостроительной проблемы, которая со временем будет становиться все сложнее.

Задачи сегодняшнего дня будут казаться простыми по сравнению с теми, которые должны будут решать наши потомки. Своими нынешними действиями мы можем им в этом деле помочь, или, наоборот, усугубить проблемы и усложнить работу. Большинство перспективных решений сегодня базируется на использовании подземного пространства.

Проблема создания и использования подземного пространства в крупнейших, крупных и больших городах приобретает все большую ак­туальность в связи с дефицитом свободных территорий, ускоренным развитием массового и индивидуального транспорта. Решение ее ак­туально в плотно застроенной центральной части, а также в отдель­ных общественно-транспортных комплексах массового посещения.

Использование подземного пространства не только облегчает условия пересадок, но и позволяет полностью или частично разгру­зить центральные районы от транспортных сооружений и устройств (гаражи и автостоянки, станции технического обслуживания и автоза­правочные, автобусные вокзалы), транзитных по отношению к центру автомобильных потоков и путей и станций скоростного рельсового транспорта (метрополитен).

Подземное пространство может быть "естественным", расположен­ным ниже поверхности земли, либо “искусственным”, образованным перекрытиями большой площади

Целесообразным является его применение для транспортных, подсобно-вспомогательных и технических сооружений, помещений и устройств, эксплуатация которых не связана с длительным пребыва­нием посетителей и персонала. Сюда можно отнести книгохранилища, автоматические телефонные станции, холодильники, ломбарды, овощехранилища, склады.

Из общественных сооружений с кратковременным пребыванием посетителей можно назвать кинотеатры, магазины, приемные пункты учреждений бытового обслуживания, библиотеки, архивы, музеи. В ряде случаев транспортные сооружение и узлы в центрах крупных городов действуют в тесной взаимосвязи с учреждениями культурно-бытового обслуживания. Возникают так называемые общественно-транспортные центры.

Принципы вертикального зонирования подземного пространства в городе могут быть сформулированы так:

· наиболее близкие к поверхности земли уровни до отметки -4 м отводятся для пешеходов, непрерывного пассажирского транспорта, движущихся тротуаров, автостоянок, местных разводящих инженерных сетей;

· уровни на отметках от -4 до -15 (-20) м предназначаются для трасс метрополитена или другого рельсового транспорта и авто­транспортных тоннелей мелкого заложения, для многоуровневых под­земных гаражей, складов, резервуаров и магистральных коллекторов;

· уровни на отметках от -15 до -40 м отводятся для трасс
рельсового транспорта глубокого заложения, включая городские железнодорожные диаметры.

В зарубежной практике строительства делового центра вне исторического ядра города интересен опыт французских градостроите­лей. Новый крупнейший административно-деловой и общественный центр в районе площади Дефанс (в Париже) находится на продолжении главной городской магистрали, за пределами исторически сложившегося цен­тра города.

Большое внимание при его проектировании было уделено органи­зации путей движения пешеходов и транспорта. Так, весь ансамбль новых сооружений имеет многоярусную композицию и возвышается на гигантской платформе- подиуме, поднятой над поверхностью земля на 15-33 м, протяженностью до 1 км. При этом удачно используется рельеф местности. Таким образом создано до 4-5 этажей подземных и полуподземных уровней.

Главным уровнем пешеходного движения является поднятая над землей и расположенная по верху платформы широкая эспланада, по периметру которой - преимущественно под землей и в нескольких ярусах - "идет транспорт. В четвертом подземном уровне. Проложены экспрессная и местная линии метрополитена объединенные станци­ей. Третий отведен для скоростного транзитного движения автомоби­лей по направлению Париж-Нормандия. Во втором проложены маршруты автобусов дальнего и местного сообщения и сооружен подземный ав­тобусный вокзал. Первый отведен для подъездов к зданиям и выездов на периферийные дороги одностороннего движения с развитыми примы­каниями-развязками. Примерно в том же уровне проходит железная дорога Париж-Версаль, огибающая город с севера и запада.

Проект реконструкции центра Парижа основан на другом. Под садом Тюильри и двором Лувра было предложено построить крупный подземный комплекс сооружений; Такое решение позволяет почти полностью освободить от автомобильного движения район Тюильри и ул. Риволи, набережную р.Сены от Лувра до площади Согласия, а также построить подземные гаражи-стоянки большой вместимости..В ком­плекс подземных сооружений входят гаражи, стоянки, подземные об­щественные сооружения (театры, кинотеатры, кочкой: клуб, закусоч­ные с самообслуживанием, ресторан, торговые галереи/ подсобные и выставочные помещения музея). Устройство подземных скоростных автомагистралей способствует заметкой разгрузке поверхности земли от транспорта.

Проект реконструкции г.Филадельфии предусматривает строительство в центральных районах этого крупного промышленного, торгово-финансового к культурного центра США при сохранении насколь­ко это возможно, исторически сложившегося облика города. Наиболее интересной является реконструкция старейшей его части. Здесь со­здается один из первых в мировой практике многоуровневый общест­венно-транспортный комплекс, в котором, согласно проекту, будут сосредоточены предприятия и учреждения общегородского значения, посещаемые не только жителями города, но и приезжими. Поэтому об­щественный центр должен обслуживаться несколькими видами наземно­го и подземного транспорта.

Главной особенностью плана является максимальное разделение путей движения транспорта и пешеходов. Транспортное движение ор­ганизуется в нескольких уровнях с широким использованием подзем­ного пространства. В нижнем, втором от поверхности, подземном уровне проходят линии метрополитена и скоростная железная дорога мелкого заложения (25 станций). Верхний отведен для пешеходов. Он имеет пешеходные переходы и заглубленные ниже уровня земли световые скверы-дворики со входами в магазины, рестораны, бары и другие торговые предприятия. Этот прием обеспечивает естественное освещение всех расположенных ниже уровня земли учреждений обслу­живания и самих подземных переходов, облегчает условия ориентации, В уровне земли размещается ярус основных торговых помещений, а также так называемый "грузовой" вокзал. Еще выше, над пешеходно- торговым ярусом в уровне второго надземного этажа, запроектирован пассажирский автобусный вокзал. Вверху построены гаражи, техничес­кие и вспомогательные помещения. Все пешеходные уровни связаны эскалаторами и механическими подъемниками. Подъезды легковых ав­томобилей проектируются по всему периметру центра, в уровне городских улиц. Проектом предусматривался 9 крупных автостоянок.

Основные из них расположены у кольцевой, автомобильной скоростной дороги, обслуживающей центр. Въезды и выезды обеспечиваются корот­кими специальными тоннелями, а также системами распределительных улиц и проездов местного движения.

Интересен проект реконструкции центральной пасти крупнейшего города Калифорнии - Лос-Аяджелеса. Новый компактный многоуровне­вый центр должен обслуживаться несколькими видами транспорта. Все движение организовано в четырех уровнях. В нижнем подземном про­ходит линия скоростной подземной дороги мелкого заложения. В рай­оне запроектированы две станции экспресс- метрополитена. В верхнем, подземном располагаются пешеходные переходы, связанные с подземны­ми вестибюлями обеих станций. Вдоль улиц проектируется строитель­ство подземного транспортного тоннеля протяженностью около 500 м. Под площадью Першинг-сквер сооружен трехэтажный гараж. Главной особенностью плана реконструкции является создание пешеходных меж­квартальных бульваров в двух уровнях - улицы и поднятых на высоту 5 м над землей бульваров-эстакад, которые имеют большую протяжен­ность, до 7 км, и проходят не только по основным улицам, но и внутри кварталов, обеспечивая удобный и быстрый доступ в магазины рестораны, центральный автобусный вокзал, общественные и другие здания. Все уровни пешеходного движения связываются лестницами, пандусами, эскалаторами, исключительно по которым осуществляется подъем пассажиров.

Мощная и разветвленная система подземных пешеходных и транспортных коммуникаций является составной частью реконструкций центра Монреаля (Канада), предусматривающей в центральном районе города возведение крупного комплекса торговых, общественных и обслуживающих учреждений для населения самого Монреаля, а также тяготеющих к нему малых-городов и населенных пунктов; Новый центр создается на месте старой застройки. На его территории - универсальные магазины, гостиницы, кинотеатры, административные здания, рестораны, многоярусные подземные гаражи. По нему проходят глав­ные транспортные маршруты города, три линии метрополитена подземные участки скоростных автомагистралей и две железнодорожные коммуникации. Тем самым создается хорошая связь общественно-тор­гового центра со всеми районами города и пригородами.

Все здания имеют несколько подземных уровней. Верхний представляет собой систему входов в метро, вокзалы и пешеходных переходов, непосредственно связанных со всеми зданиями, автостоянками и гаражами. В переходах центра Монреаля можно встретить многочис­ленные учреждения торговли, фронт витрин которых простирается на многие километры. Таким образом, создается развитый в длину подземный торговый центр нового типа. Для освещения переходов, кафе и магазинов, расположенных ниже уровня земли, проектируются свётовые озелененные дворики и площади с бассейнами и фонтанами. Уровни пешеходного движения соединены эскалаторами и лифтами. Все здания в перспективе будут иметь общий многоуровневый подиум с подземной" нижней частью, В наиболее крупном сооружении - двенадцать подзем­ных ярусов.

Иной подход использован при реконструкции старого центра Хель­синки. В основе - взаимосвязь новых инженерно-транспортных соору­жений с существующей и проектируемой застройкой, городским пейза­жем. Новый общественный центр будет связан с северной и южной час­тями города мощной восьми полосной автомобильной трассой, которая пройдет около железной дороги и частично над ней. Кроме того, на­мечается реконструкция главной существующей магистрали, пропуск­ная способность которой будет увеличена, устройство развязок движения в разных уровнях с подземными тоннелями. Под треугольной площадью проектируется строительство многоярусного сооружения. В подземных уровнях разместятся автостоянки и гаражи, тоннельные пе­реходы, связанные с торговыми и обслуживающими учреждениями. Для организаций непрерывного движения транспорта все магистрали в мес­тах пересечения имеют развязки с кривыми больших радиусов.

Другая часть центра включает в себя административно-деловые здания. Под ними устраивается подземная трехъярусная площадь, час­тично открытая. Наверху проходят скоростные магистрали, ниже расположены автостоянки. Сложная система тоннелей, мостиков и въездных рамп связывает все подземные уровни с поверхностью. На отдельном участке (ниже уровня городских- улиц местного движения) запроектирован центральный автобусный вокзал. Эффективно исполь­зуется подземное пространство в проекте делового центра на Вокзаль­ной площади. Семиэтажные конторские корпуса со всех сторон замы­кают обширный паркинг, приподнятый на высоту второго этажа. Сис­тема торговых помещений в первом этаже и цоколе связывается пас­сажами, соединяющими центр с вокзалом и остановками общественного транспорта.

В Москве одним из первых градостроительных комплексов с использованием подземного пространства явился ансамбль зданий и сооружений на проспекта Калинина. Сооружения и помещения, находящиеся на южной стороне проспекта, занимают два этажа, на которых сосредоточены все складские, подсобно-вспомогательные и инженерно-технические службы, объединенные общим транспортным тоннелем дли­ной 900 м, шириной 9м.Для въездов и выездов удачно приспособле­ны перепады рельефа. Кроме служебного тоннеля с разгрузочными площадками и двухэтажными складскими, техническими и подсобными помещениями, в первом подземном уровне находятся банкетный зал ресторана "Арбат", демонстрационные залы "Дома одежды", большой пивной зал. Под пешеходной зоной южной стороны проспекта заплани­рован трехъярусный подземный гараж-стоянка.

Комплекс подземных переходов торгового центра выстроен в многолюдной центральной части Еревана, на пересечении трех напря­женных транспортных артерий и кольцевого бульвара. Такое решение возникло в связи с необходимостью обеспечения безопасного движения. Создано единое урбанизированное подземное пространство с раз­мещением объектов торговли, общественного питания, культурно-бы­тового обслуживания.