история освоения подземного пространства

Министерство образования и науки Российской Федерации
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра механики грунтов и геотехники
ИСТОРИЯ ОСВОЕНИЯ ПОДЗЕМНОГО ПРОСТРАНСТВА
Методические указания к практическим занятиям
по дисциплине «История освоения подземного пространства»
для студентов специалитета всех форм обучения направления подготовки
08.05.01 Строительство уникальных зданий и сооружений
© НИУ МГСУ, 2015
Москва 2015
УДК 93:624
ББК 38.78
И90
Составитель
А.Н. Симутин
И90
История освоения подземного пространства [Электронный ресурс] : методические указания к практическим занятиям по дисциплине "История освоения подземного пространства" для студентов специалитета всех форм обучения направления
подготовки 08.05.01 Строительство уникальных зданий и сооружений / М-во образования и науки Рос. Федерации, Нац. исследоват. Моск. гос. строит. ун-т, каф. механики грунтов и геотехники ; сост. А.Н. Симутин — Электрон. дан. и прогр.
(4,15 Мб). — Москва : НИУ МГСУ, 2015. — Учебное сетевое электронное издание — Режим доступа: http://lib.mgsu.ru/Scripts/irbis64r_91/cgiirbis_64.exe?C21COM=
F&I21DBN=IBIS&P21DBN=IBIS — Загл. с титул. экрана.
Даны теоретические сведения и методика, необходимая для изучения геомеханики.
Для студентов специалитета всех форм обучения направления подготовки 08.05.01
Строительство уникальных зданий и сооружений.
Учебное сетевое электронное издание
© НИУ МГСУ, 2015
Отв. за выпуск — кафедра механики грунтов и геотехники
Подписано к использованию 03.09.2015 г. Уч.-изд. л 2,54. Объем данных 4,15 Мб
Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего образования
«Национальный исследовательский Московский государственный
строительный университет» (НИУ МГСУ).
129337, Москва, Ярославское ш., 26.
Издательство МИСИ – МГСУ.
Тел. (495) 287-49-14, вн. 13-71, (499) 188-29-75, (499) 183-97-95.
E-mail: ric@mgsu.ru, rio@mgsu.ru
Содержание
История освоения подземного пространства
4
Литература
58
4
Освоение человеком подземного пространства началось в глубокой древности.
Прототипом подземных сооружений можно считать естественные пещеры и пустоты в
скале, используемые нашими предками. Пещера стала первым жилищем человека,
защищавшим его от непогоды и хищников. Постепенно человек научился благоустраивать
пещеры: стены и пол искусственно выравнивались, потолку придавалась сводчатая форма,
оформлялись входы и выходы, изменялись объёмы помещений, затем стали появляться
элементы декора, первоначально представлявшие собой наскальные рисунки. Пещерные
жилые комплексы известны практически во всех странах мира, где имеются
соответствующие условия – от Гималаев до Анд и от Урала до Скалистых гор.
Древнейшие из них – Большая и Малая пещеры Чжоукоудянь в Северном Китае, где
около 250 тыс. лет назад жили синантропы. Другими примерами являются пещеры КиикКоба и Кош-Коба в Крыму, Мустье во Франции и некоторые другие (Слукин, 199).
По мере развития личных потребностей и общественных отношений, а также
технологий подземного строительства и применяемых строительных материалов,
менялась номенклатура подземных объектов, усложнялись их объёмно-планировочные и
конструктивные решения. Периодизация подземных сооружения по эпохам, на основании
систематизации различных литературных источников (Слукин, 1991; Шилин, 2005)
выглядит следующим образом:
1. каменный век:
1.1.
палеолит (свыше 2 млн. лет назад – до 10 тыс. лет до н.э.);
1.2.
мезолит (10 – 5 тыс. лет до н.э.);
1.3.
неолит (8 – 3 тыс. лет до н.э.);
2. древний мир (3 тыс. лет до н.э. – IV век н.э.);
3. средневековье (V – XI века);
4. новое время (после XII века).
Российским обществом спелеостологических исследований разработан Кадастр
искусственных пещер и
Евразийского
и
подземных
Африканского
архитектурных сооружений
континентов *.
В
зависимости
на территории
от
культурно-
цивилизационных факторов, исторических предпосылок, основного рода занятий
населения и проч. в Кадастре выделяется восемь спелеостологических стран Старого
Света:
Долотов Ю.А. «Подземные архитектурные сооружения России: обзор и опыт кадастра»:
http:/dolotov.narod.ru/
*
5
1. Восточнославянская. Целиком располагается на территории СНГ и занимает
достаточно однородную, с точки зрения культуры освоения подземного пространства,
территорию: большую часть России, Белоруссии, Украины, северные окраины Казахстана.
На этой территории с древности сооружались подземные объекты культурного и бытового
назначения, культовые сооружения, убежища, фортификационные подземные ходы,
рудники и каменоломни.
2. Западноевропейская. Занимает территорию Европы, стран Балтии, СевероЗападной
Белоруссии, Закарпатья. Эта территория характеризуется широким и
прагматичным использованием подземного пространства: уже многие тысячелетия здесь
применяются
подземные
выработки,
оборонительные
сооружения,
убежища,
хозяйственные сооружения, некрополи.
3. Переднеазиатская. Включает Бесарабию, Горный Крым и Кавказ. Для этой
территории с глубокой древности характерно комплексное использование больших групп
подземных объектов различного назначения: жилых, хозяйственных, оборонительных,
транспортных, культовых, входящих в пещерные города и подземные монастыри. На этой
территории находятся широко известные в мире подземные города-монастыри
(Каппадокия в Турции и др.); большие подземные комплексы оборонительного и
хозяйственного назначения.
4. Среднеазиатская. Располагается на территории среднеазиатских государств
СНГ, восточного Азербайджана, Ирана и Северного Афганистана. Освоение подземного
пространства здесь началось со строительства в предгорьях водоподводящих систем –
кяриязов, суммарной протяженностью в десятки тысяч километров. В горных районах с
15 тысячелетия до н.э. развивалось горнорудное дело. Кроме этого в этом районе находят
подземные ходы оборонительного назначения, а также мусульманские и буддийские
культовые пещеры.
5. Южноазиатская. Занимает полуостров Индостан и прилегающие районы.
Характеризуется хорошим развитием горного дела, наличием подземных цистерн,
группами крупных подземных храмов с высеченными в скале архитектурными
элементами – колоннами, скульптурами и проч.
6. Восточноазиатская – в основном находится на территории Китая. Уникальные
достижения древней и средневековой науки Китая позволили создавать оригинальные и
разнообразные
подземные
сооружения: пещерные
храмы,
некрополи,
водоводы,
6
транспортные
а)
коммуникации.
Особенно интенсивным развитием
характеризовалось
жилищное
строительство – и в наше время в
пещерных
поселениях
проживают
десятки
Китая
миллионов
человек
7. Североафриканская.
Находится на территории древнего
Египта и стран Северной Африки.
б)
В
основном
подземными
характеризуется
сооружениями
культового
назначения:
гробницами и храмами, а также
подземной
добычей
полезных
ископаемых. В Ливии и Алжире
сохранились
Рис. 1.1. Капова пещера. Урал:
водособирающие
сетчатые
подземные
системы, напоминающие кяриязы;
а – вход, б – наскальная живопись
в Эфиопии – оригинальные подземные храмы. В странах Северной Африки для защиты от
жары жители периодически сооружали подземные жилища.
8. Экваториальноафриканская. На территории Чёрной Африки к югу от Сахары к
настоящему времени не обнаружено никаких признаков подземного строительства. В
Восточной Африке, видимо вследствие культурного импорта из Индии, Египта и арабских
стран, подземным способом разрабатывались полезные ископаемые.
Древнейшие подземные сооружения на территории Российской Федерации и стран
СНГ – это жилые естественные и искусственные пещеры и землянки, датируемые
поздним палеолитом и неолитом. Наиболее известна Капова пещера на Урале (рис. 1.1).
Она представляет собой множество больших и малых пещер, связанных между собой
переходами и трещинами. Археологами было обнаружено в ней более 50 наскальных
рисунков. В основном это изображения мамонтов, бизонов, лошадей. К этому же периоду
времени относятся могильники (ямы, катакомбы и склепы) на Кавказе и Алтае.
По мере развития строительных технологий, в пещерах стали появляться
перегородки из бута, искусственные ниши для жилья, пол выстилался каменными
7
плитами и т.п. В итоге, примерно 5,4% от общего количества исследованных пещер на
земле были местом постоянного обитания человека. В пещере же археологами впервые
были найдены останки первобытного человека. Это произошло в долине Неандерталь
(Германия). Затем аналогичные находки были сделаны на территории Бельгии, Испании,
Италии, бывшей Югославии, во Франции и в Крыму. Причём захоронения, зачастую
неоднократные, выполнялись в естественных или искусственных углублениях. Отсюда
некоторые исследователи (Шилин, 2005) делают заключение, что активное освоение
подземного пространства началось с устройства могил, а первым геотехником
(подземным строителем) стал человек, создавший первое подземное захоронение.
Рис. 1.2. Дольмен (Шилин, 2005)
Одним из первых видов, искусственно построенных подземных сооружений
культового назначения, являются дольмены (рис. 1.2) – погребальные курганы,
построенные открытым способом из каменных конструкций и засыпанные грунтом.
Внутри дольменов располагались одна или несколько погребальных камер и святилище.
Постепенно дольмены трансформировались, увеличивались по площади и соединялись
переходами. Например, у г. Канны (Франция) имеется дольмен, представляющий собой 10
круглых в плане подземных помещений, соединённых между собой переходом.
8
Рис. 1.3. Многоярусная вертикальная гробница (Шилин, 2005)
Около 2 000 лет до н.э. на востоке Уральских гор строились многоярусные
вертикальные гробницы (рис. 1.3), схожие по конструкции с древнеиндийскими
многоуровневыми
захоронениями,
возводившимися
на
территории
современного
Пакистана примерно в тоже время.
В древнеегипетской архитектуре подземные сооружения также в основном
представлены захоронениями. Простейшие захоронения постепенно трансформировались
и формировались монументальные постройки – пирамиды. Одной из первых была
пирамида царя Джосера, построенная примерно 2700 лет до н.э. (рис. 1.4). Пирамида
имела ступенчатую конструкцию, под которой располагалось большое количество
погребальных камер, соединённых между собой сложной и запутанной системой
тоннелей. С поверхностью подземные помещения соединялись центральной шахтой
глубиной 27,5 м и сечением 7×7 м.
9
Рис. 1.4. Пирамида царя Джосера (Шилин, 2005)
1 – первоначальный тоннель в малую шахту (фаза II), 2 – тоннель в большую новую пирамиду
(фаза III), 3 – большая шахта, 4 – камера для захоронения, 5 – саркофаг, 6 – камера для захоронения жены фараона, 7 – камера, украшенная голубым фаянсом, 8 – камера для захоронения детей и
родственников, 9 – вспомогательные выработки, 10 – галереи к камерам для захоронения детей, 11
– группа из 11 шахт с могилами детей и родственников, 12 – конструкция первоначального сооружения (мастаба), 13 – первая реконструкция мастабы, 14 – вторая реконструкция мастабы (фаза I),
15 – первое увеличение пирамиды по высоте (фаза II), 16 – второе увеличение пирамиды по высоте (фаза III)
Возможно одним из крупнейших культовых объектов такого рода в Египте был
«Лабиринт», располагавшийся в г. Иттауи и занимавший площадь более 74 000 м2. По
свидетельству Геродота, «Лабиринт» включал 12 залов, около 1 500 помещений на
поверхности и столько же подземных погребальных камер. «О подземных же покоях знаю
лишь по рассказам: смотрители египтяне ни за что не желали показать их, говоря, что там
находятся гробницы царей, воздвигших этот Лабиринт, а также гробницы священных
крокодилов. В конце Лабиринта воздвигнута пирамида высотой 40 оргий. В пирамиду
ведёт подземный ход…
Удивление вызывает… Меридово озеро, на берегу которого Лабиринт расположен.
Почти что посередине этого искусственного озера стоят две пирамиды, возвышающиеся
на 50 оргий над водой; такой же глубины и их подводная часть… Местные жители
10
рассказывали, что озеро это имеет подземный выход в Ливийском Сирте: оно течёт под
землёй на запад внутрь страны вдоль горного хребта…» (Геродот, 1993).
Значительное количество пещерных храмов было построено в Древней Индии в
период со II века до н.э. по VI век н.э. Индийская культовая архитектура, в том числе и
подземная, получили распространение в Камбодже, Индонезии, Шри-Ланке, Афганистане,
Китае и проч.
Однако наиболее известными захоронениями являются Римские катакомбы,
расположенные под Римом и его окрестностями. Их строительство началось в I веке до
н.э. и достигло расцвета в III – IV веках н.э. Катакомбы представляют собой систему
выработок шириной 1 – 1,5 м и высотой до 4 м, расположенных в несколько ярусов и
соединенных между собой переходами. В состав катакомб входили индивидуальные
гробницы по стенам тоннелей и камерные выработки различного размера: малые
(кубикулы – семейные склепы), средние (крипты – небольшие церкви) и большие
(капеллы – церкви для большого количества посетителей – рис. 1.5). Всего в Римских
катакомбах захоронено около 6 млн. чел. Аналогичные сооружения имеются в Неаполе,
Сиракузах, Палермо и других древних римских городах.
Рис. 1.5. Разрез капеллы (Шилин, 2005)
1 – алтарная часть, 2 – место священника, 3 – места для погребения, которые заменяли скамейки
для служителей, 4 – помещение для прихожан, 5 – перегородка на двух колоннах, отделяющая алтарную часть, 6 – ниши для захоронений
11
Развитие подземного строительства в некоторой степени было связано с
религиозными представлениями древних людей, поклонявшихся культу подземных богов
в местах их предполагаемого обитания. Наибольшим количеством подземных культовых
объектов характеризуется территория Киевской Руси. Здесь существует множество
пещерных храмов и монастырей, построенных в меловых отложениях. Среди них можно
назвать Святогорский Успенский монастырь, церковь Антония и Феодосия Печёрских,
Арсениевский
скит,
Белгородский
монастырь,
Шатрищегорский
Преображенский
монастырь, Успенский Дивногорский монастырь, другие подземные храмы.
Чрезвычайно развитую подземную систему имеет Киев. Она включает в себя сотни
подземных сооружений различного назначения, древнейшие из которых – Кирилловские
пещеры были созданы ещё в неолите.
Варяжские пещеры Киево-Печёрской Свято-Успенской Лавры впервые упоминаются в 1013 году (рис. 1.6). Они состоят из 9 подземных коридоров построенных приблизительно в первой половине XI века и двух монашеских келий XI и XV – XVII веков.
12
Рис. 1.6. Пещеры Киево-Печёрской лавры
Большинство подземных культовых сооружений Древней Руси характеризуются
следующими особенностями:
-
Практически все объекты расположены в карбонатных породах. По-видимому,
плотность размещения подземных сооружений связана с распространением относительно
крепких, но легко разрабатываемых пород – мелов и известняков.
13
-
Большинство объектов расположено на правом крутом берегу постоянных во-
дотоков на господствующих высотах. Поблизости всегда имеется транспортная магистраль. Нередко в непосредственной близости от монастыря обнаруживаются следы более
древних поселений: в окрестностях Святогорского монастыря – это палеолитические стоянки, рядом с Дивногорским монастырём – руины хазарской крепости.
-
Практически все подземные объекты имеют достаточно хорошую сохранность
свода и стен.
-
Ни один из объектов не имеет внутренних источников воды. Среди монахов
(если монастырь действующий) и местных жителей бытуют легенды о наличии подземного хода под рекой. Исследования, обычно, не подтверждают наличие подобных ходов, однако в большинстве случаев обнаруживаются остатки ходов, идущих в сторону реки, которые, по-видимому, служили для скрытного подхода к берегу с целью забора воды и использования плавательных средств.
Среди элементов подземных культовых сооружений Древней Руси выделяют:
-
Горизонтальные ходы – преобладающий элемент культовых подземных соору-
жений. Обычно имеется кольцевой ход, опоясывающий зал (видимо по аналогии с ходами, идущими по периметру или по спирали в стенах древних церквей). Иногда ходы могут
образовывать достаточно сложный лабиринт. В Славяногорском монастыре исследователями отмечена следующая закономерность – все длины участков ходов между поворотами
и ответвлениями примерно кратны 5.
-
Наклонные ходы – используемые для сообщения между этажами. Ход обычно
наклонён на 15 – 18 градусов, редко больше. Размеры наклонных и горизонтальных ходов
практически всегда одинаковы: ширина от 0,8 до 1,2 м, высота – от 1,6 до 1,8 м. Изредка
встречаются ходы с высотой меньше 1 м, либо, в местах пересечения разноуровневых ходов, высота может достигать 3,5 м.
-
Залы. Залами принято называть крупные полости, у которых один из размеров
превышает 5 м. В залах обычно располагается храм. Для поддержки свода нередко оставлены породные целики. Свод плоский или куполообразный.
-
Камеры – небольшие выработки, обычно прямоугольной формы. Камеры ис-
пользовались как кельи, трапезные, хозяйственные помещения, усыпальницы.
Примерно в IV-м веке н.э. в Армении был основан знаменитый монастырь Гехард
(рис. 1.7), славящийся своей подземной архитектурой. Начало этому монастырю положила
обитель Айриванк (пещерный монастырь), расположенный в естественных и искусствен14
ных пещерах. В IX-м и X-м веках монастырь подвергался неоднократным нападениям
арабских захватчиков, вследствие чего до нашего времени не дошла ни одна из первоначальных построек. Существующий ансамбль Гехарда относится к XII – XIII-му векам.
Первой, около 1177 года, была построена часовня св. Григория Просветителя, расположенная в скале высоко над дорогой. К 1240 году было закончено строительство пещерной
церкви Авазан (Бассейн), высеченной на месте древней пещеры с родником. Во второй
половине XIII-го века были выстроены: пещерная церковь Аствацацин, несколько усыпальниц, в скалах, окружающих монастырь, были устроены многочисленные пещеры –
кельи. Все подземные сооружения устраивались в несколько ярусов.
-
Рис. 1.7. Монастырь Гехард1
(Армения)
15
Для жилья человек научился возводить искусственные подземные сооружения –
землянки. На рис. 1.8 приводится изображение землянки, возраст которого составляет
около 6,5 тыс. лет (4,5 тыс. лет до н.э.). Эти изображения носят название «Беломорские
петроглифы» и были открыты в 1926 г. вблизи города Беломорска советским археологом
А.М. Линевским.
Существует достаточно большое количество разновидностей типов землянок, распространённых в различных странах мира. В основном тип землянки диктовался историческими традициями, рельефом местности и характером имеющихся материалов для покрытия (дерево, ветки кустарника, кости мамонта, тростник, шкуры животных и проч.). На
рис. 1.9 приводится схема землянки, устраиваемой в естественных возвышенностях и распространённой в степных местностях, а на рис 1.10 – реконструкция древнеславянской
землянки второй половины 1-го тысячелетия н. э. Индивидуальные землянки трансформировались в засыпные общинные жилища. Они имели наклонный вход, хозяйственные и
жилые помещения.
а)
б)
16
Рис. 1.8. Беломорские петроглифы. Изображение землянки (около 6,5 тыс. л.н.)
а – фото, б – расшифровка (Залавруга)
17
Рис. 1.9. Землянка, устроенная в естественной возвышенности (Шилин, 2005)
1 – холм, 2 – каркас из дерева, костей или других материалов, 3 – обшивка каркаса из прутьев, 4 –
грунт, 5 – вентиляционное отверстие, 6 - вход
Рис. 1.10. Реконструкция славянского жилища по М. Гимбутас
(вторая половина 1-го тысячелетия н.э.)
18
Древние поселения на территории Армянского нагорья подробно описывает
древнегреческий писатель Ксенофонт (ок. 430 до н.э. – ок. 355 до н.э.): «Дома здесь были
подземные, с верхним отверстием наподобие отверстия колодца, но широким внизу.
Впуски для скотины были вырыты в земле, а люди спускались вниз по лестнице. В домах
находились козы, овцы, коровы и птицы со своими детёнышами… Там хранилась также
пшеница, ячмень и ячменное вино в кратерах» (Ксенофонт, 2003).
Примерно в то же время человек начал подземным способом разрабатывать горные
породы для получения различных полезных ископаемых. Первые дошедшие до нас
сведения о разработке горных пород связаны с добычей меди в Шумере и на Синайском
полуострове и датируются 3 – 3,5 тыс. лет до н.э. Позднее, примерно 2 – 2,5 тыс. лет до
н.э. велась подземная разработка соли и серебра на территории современных Австрии и
Греции. В Южной Англии имеются подземные каменоломни в меловых отложениях с
включениями кремня, из которого в каменном веке изготавливались орудия труда.
Исключительно насыщен разнообразными горными выработками район Уральских
гор. Добыча полезных ископаемых здесь началась за тысячи лет до н.э. Уже в 4-м – 2-м
тысячелетиях до н.э. Каргалинские рудники стали крупнейшим центром добычи меди в
Евразии. С XVIII-го века горные работы на Урале начали интенсивно развиваться. С этого
времени возникают заводские системы ходов, связанные с появлением нового типа поселений: городов-крепостей. Например, Соликамская система ходов первоначально развивалась как оборонительная, а затем использовавшаяся как скрытая система сообщения.
Аналогичные подземные системы есть и в других уральских городах: Сысерти, Екатеринбурге, Верхнем Тагиле, Алапаевске.
Подземная разработка полезных ископаемых на Северном Кавказе началась примерно в 3-м тысячелетии до н.э. В XIX-XX-м веках здесь было заложено множество рудников, наиболее известные из которых: Эльбрусский, Тырнаузский, Садонский.
В XVIII-м веке многочисленные рудники были заложены в Карелии. В XIX-м веке
южнее и восточнее Санкт-Петербурга разрабатывались большие каменоломни для добычи
песчаника и известняка.
С древнейших времён строительный камень добывался в долинах рек Москвы,
Пахры, Десны, Лопасни, Жданки и некоторых других водотоков Московской области.
19
Крупнейшие в области Подольские каменоломни располагаются под городом Подольском
и в его окрестностях. Кроме них на территории, прилегающей к городу (современной
Москвы), было ещё несколько каменоломен. Например, в Дорогомилове (рис. 1.11) –
часть каменоломен сохранилась до настоящего времени, но доступ к ним с поверхности
через все известные ходы закрыт. Имеются каменоломни на территории села Коломенского (предполагается, что частично они впоследствии были затоплены Борисовскими прудами), сохранившаяся же до настоящего времени часть каменоломен была засыпана при
строительстве МИФИ. Имеются каменоломни также и в других районах Москвы: в Крылатском, Хорошово, Шелепихе, Пресне, Филях, Котловке, Лыткарино, Татарове, районе
Воробьёвых гор.
В XIX-XX веках в обширных подземных каменоломнях Керчи и Одессы добывался
строительный камень. Крупнейшие в мире Одесские катакомбы *, включают в себя, кроме
зон непосредственной разработки камня, небольшие жилые полости, подвалы, военные
бункеры, подземные ходы различного назначения, разведочные выработки, водяные колодцы, инженерные коллекторы, естественные карстовые пещеры и т.п. Все эти полости
соединяются друг с другом в различных комбинациях и образуют сложнейшую подземную систему. Наиболее значительные из выработок в длину измеряются десятками километров.
*
Катакомбы – подземные своды или погребальные пещеры (Даль. В.И. Толковый
словарь живого великорусского языка); подземные галереи, первоначально те, в которых
спасались христиане от преследований в Древнем Риме (Ожегов С.И. Словарь русского
языка).
Одесские катакомбы – исторически сложившееся название подземных полостей,
расположенных под Одессой и в её окрестностях и имеющих разное происхождение и
назначение.
20
Рис. 1.11. Дорогомиловские каменоломни на карте Москвы конца XIX века
В большинстве своём, Одесские катакомбы – это подземные каменоломни, в которых методом выпиливания добывался камень для строительства зданий и сооружений
(рис. 1.12). В общем объёме катакомб, доля каменоломен составляет порядка 95 – 98 %.
Первые подземные каменоломни возникли в Одессе в начале XIX-го века. Они заложены
в равномерно сцементированном известняке-ракушечнике буровато-жёлтого и жёлтого
цвета.
В одесских каменоломнях выявлено чёткое разграничение выработок советского и
дореволюционного периодов. Выработки до 1917 года имеют высоту 2,0 – 2,5 м, в некоторых случаях до 4 м, ширину 3  5 м; разработки советского периода характеризуются широкими (2,5 – 3,0 м) и низкими (1,5 – 1,7 м) ходами, образующими густую сеть, из-за чего
многие участки сильно деформированы и завалены. Каменоломни заложены как в один,
так и в два, и совсем редко, в три яруса. На многих участках выработки затоплены. За
время работ по добыче известняка образовалось несколько сот каменоломен, имеющих
21
более 1000 выходов на поверхность в виде шахтных колодцев, наклонных стволов, штолен и проч.
Рис. 1.12. Одесские катакомбы
В многочисленных искусственных полостях исследователи находят предметы быта, хорошо сохранившиеся надписи XIX–го и XX–го веков, подземные лагеря партизан
времён гражданской (1918 – 1920 г.) и Великой Отечественной (1941 – 1945 г.) войн.
Керчинские (Аджимушкайские) каменоломни входят в состав многоярусной подземной системы Крепости Керчь (рис. 1.13). Большие и Малые Аджимушкайские каменоломни – это выработки по добыче пильного известняка с глубиной заложения от 3 – 4 до
15 м и протяжённостью – 12000 и 9500 м соответственно. Выработка камня в них началась
в конце XIX-го века и продолжалась до 50-х годов прошлого столетия.
22
Рис. 1.13. Система тоннелей и катакомб крепости Керчь (http://urban3p.ru)
Оборона Аджимушкайских каменоломен с 18 мая по 15 октября 1942 года – это
одна из наиболее ярких страниц истории Великой Отечественной войны. Более 1000 военнослужащих, окружённых в подземных выработках, в течение пяти месяцев сражались
с фашистами. Большинство участников обороны погибло. Историками установлено, что
против защитников каменоломен немецкими войсками были применены отравляющие газы. История этих событий мало известна. Большинство письменных источников датируется 1942 годом и что происходило в каменоломнях позже – неизвестно.
Подземные каменоломни после отработки месторождения нередко использовались
для различных хозяйственных нужд, а также в качестве убежищ населения на случай войн
и природных катаклизмов. Например, начиная с XIII-го века на юго-востоке Нидерландов
получила широкое распространение подземная добыча известняка для строительства.
Всего зарегистрировано около 250 каменоломен, в основном частного характера,
площадью от нескольких десятков метров до 100 га. Большинство этих выработок,
расположенных на глубине 20 – 25 м, сосредоточено в долина Зихен и Зассен в 10 км от
Маастриха. Добывая камень, рабочие прокладывали глубокие шахты к пласту известняка.
23
Когда пласт достигался, прорезали отдельный ход со ступенями, идущий к кухне, сараю
или хозяйственной постройке на поверхности. По окончании строительства, выработки
использовались как хранилища, колодцы (при повышении уровня грунтовых вод),
убежища на время многочисленных войн. На их стенах находят рисунки всадников и
солдат, изображённых в униформе армий практически всех стран мира, проходивших в
течение 7 веков через территорию Нидерландов.
Развитие технологий подземного строительства позволило человеку научиться возводить многоуровневые подземные сооружения, соединённые между собой наклонными
или вертикальными выработками со спиральными ступенчатыми спусками. Это привело к
формированию подземной городской застройки с объектами различного назначения – жилыми, общественными, оборонительными, инженерными, культовыми. К подземным городам подобного рода относятся комплексы в Беер-Шеве (Палестина), Меденине (Тунис),
Эр-Риф (Марокко) и т.п. Суммарная длина выработок последнего превышает 35 км. Пещерные комплексы вблизи Ани и Спитака (Армения) включают в себя сотни помещений,
расположенных в несколько ярусов и соединённых между собой тоннелями. В них размещались жилые комнаты, склады, монастыри, усыпальницы.
К первому тысячелетию до н.э. историки относят начало строительства подземных городов на
территории современных Грузии и Армении. В Грузии недалеко от города Гори сохранился
древний подземный город Уплисцихе (рис. 1.14), сообщавшийся с р. Курой с помощью тоннеля. Улицы города представляют собой систему тоннелей. Разные уровни соединялись лестницами. Для сбора грунтовых и атмосферных вод использовалась система шахт, соединявшихся
между собой подземными ходами, проложенными на глубине около 50 м от поверхности. Подземные выработки возводились без обделки и лишь в отдельных случаях закреплялись каменной кладкой. Часть помещений была построена уже позже – в Средние века. Это в основном
хозяйственные объекты: давильни и склады для вина и продуктов питания.
24
Рис. 1.14. Подземный город Уплисцихе в Грузии (первое тысячелетие до н.э.)
Там же в Грузии, на скалистом обрыве высотой 105 м на левом берегу р. Куры, в
XII-м веке н.э. царём Георгием III было начато строительство подземного комплекса
Вардзиа, представлявшего собой подземную крепость или «укрепрайон». В состав
комплекса входили: военный лагерь, система пещер, казармы, залы собраний.
Строительство продолжила царица Тамара, дополнив его сооружениями культового
назначения. Комплекс представляет собой от 5 до 13 ярусов пещер, пройденных в
вулканических туфах на участке шириной около 500 м (рис. 1.15).
Все помещения делятся на основные: залы собраний, трапезные, спальни;
подсобные: склады, погреба, мастерские, магазины, конюшни; оборонительные: пещеры
для ведения боевых действий (возможно тренировок), тоннели, убежища и тайники. Всего
в подземном городе насчитывается 640 пещер. В центре пещерного комплекса находится
церковь Успения Богоматери, относящаяся, по росписи стен, к 1184 – 1186 годам (рис.
1.16).
25
Рис. 1.15.Пещерный комплекс Вардзия (разрез) (Шилин, 2005)
1 – нагорная водоотводящая канава
26
Рис. 1.16. Подземная церковь Успения Богородицы (Вардзия) (Шилин, 2005)
1 – храм, 2 – тайный пешеходный тоннель, 3 – убежище
К западу от церкви расположена колокольня. Для водоснабжения комплекса его
строителями был пробит тоннель протяжённостью 3,5 км, по дну которого пролегали два
гончарных трубопровода. Вода по ним шла самотёком. Пропускная способность этого
водопровода составляла более 160 000 л/сут*. Под землёй были выполнены резервуары и
колодцы. Сохранились 28 винных погребов, содержавших до 100 000 л вина (Мелитаури,
1961).
На севере Туркменистана исследователями обнаружены 5 пещерных городов,
состоящих более чем из 200 пещер, датированных поздней бронзой, ранним и поздним
средневековьем, вплоть до XVII-го века. На Каме, в устье реки Белой, булгарами был
построен крупный подземный город-лабиринт, использовавшийся для жилья и укрытия от
набегов.
Одним из самых древних пещерных комплексов, имевшим тесную связь с
расположенным на поверхности городом, является подземное пространство Иерусалима.
Оно включает в себя систему тоннелей различного назначения и камерных выработок, в
которых располагались храмы, склады, захоронения и проч. общей площадью около 9 000
м2.
Однако наиболее известными в мире являются пещерные комплексы в Кападокии (Турция), где
на площади около 5 000 км2 располагалось более 40 подземных городов. Их строительство
началось в I веке до н.э., однако расцвета эти города достигли в X – XI веках н.э. Один из таких
пещерных городов Каймакли имел длину около 19 км и 8 – 10 ярусов пещер в глубину, причём
первый этаж, выполнявший функции некрополя, находился на глубине около 50 м. Всего в городе могло проживать порядка 60 000 чел. В качестве другого примера можно привести пещерный город Деринкуйю, имевший 8 подземных этажей – последний на глубине 55м. По мнению
историков в городе могло проживать одновременно до 10 тысяч человек (рис. 1.17)
*
В соответствии с (Москва в цифрах, 1997), в 1900 году водопотребление в Москве на
одного человека составляло 40 л/сут. Таким образом, в пещерном городе Вардзия могло
проживать не менее 4 000 – 5 000 человек. По другим данным число жителей достигало
50 000 (Шилин, 2005).
27
Рис. 1.17. Подземный город Деринкуйю
Подобные пещерные комплексы известны и в Европе. Один из них – Наура, располагался вблизи г. Амьен (Франция). В нём имелось более 300 жилых помещений, залы собора, собраний,
общественные кухни, тюрьма и проч., соединённых между собой тоннелями. Залы представляли собой камерные выработки овальной формы в плане, диаметром до 60 м и высотой до 25 м.
На поверхности над подземным комплексом находился небольшой город. Причём, с целью
маскировки, вентиляционные отверстия и дымоходы подземного комплекса выходили в трубы
зданий, расположенных на поверхности.
Еще одно направление освоения подземного пространства – сооружения оборонного назначения. Объекты такого рода встречаются на территории городов и крепостей по
всему миру. Например, при проведении археологических раскопок на территории г. Хаттуса – столицы Хеттского царства, простиравшегося в V – II тысячелетиях до н.э. от Эгейского моря - на западе, до гор Армении - на востоке, и к югу, вплоть до Индии, найдена
сеть тоннелей протяженностью, в среднем, 70 – 120 м., предназначенных для соединения
крепости и пригородов на время осады. Тоннели (рис. 1.18) сооружались открытым способом, имели треугольную форму поперечного сечения с шириной и высотой около 2,5 м.
Расстояние между тоннелями составляло порядка 100 – 300 м.
28
Рис. 1.18. Богазкей. Тоннель под крепостной стеной. (Шилин, 2005)
I-I – сечение тоннеля
Подземные фортификационные сооружения были широко распространены в финикийской архитектуре. Это подземные ходы под башни и стены крепостей, хранилища материальных ценностей, продуктов питания, воды и т.п.
С возникновением Киевской Руси и развитием городов, на её территории также получили широкое распространение крепостные подземные сооружения оборонительного
характера. В основном это были ходы различного назначения: водозаборные, слухи, мины, контрмины, для осуществления вылазок и проч. Значительно реже встречаются подземные убежища. На возвышенных берегах Дона расположены уникальные оборонные
сооружения – подземные наблюдательные пункты, представляющие собой небольшие полости со скрытыми входами и малозаметными амбразурами, сквозь которые местность
просматривается на большие расстояния. Типичным примером такого наблюдательного
пункта является пещера Каземат у села Селявное Воронежской области.
Древняя Русь переняла, освоила и развила фортификационный опыт Византии, поэтому на протяжении тысячи лет ни одни укреплённый пункт, будь то город, крепость или
монастырь, не обходились без подземных оборонительных сооружений. К сожалению,
осталось не так много документальных свидетельств об их местонахождении, в результате
чего в настоящее время значительная часть этих объектов мало доступна для исследований: часть из них разрушена или погребена при позднейшей перестройке городов, часть
29
забыта и потеряна. Лишь изредка, при строительных работах, обнаруживают фрагменты
древних подземных ходов.
Наиболее интересен с этой точки зрения грандиозный комплекс подземных сооружений на территории Москвы. Начало его создания относят к VIII – IX-му веку. Вокруг
подземной Москвы сложилось много легенд и слухов, опубликовано множество художественных произведений. Изучение московских подземелий всегда сопровождалось трудностями различного характера, но, тем не менее, известны подземные ходы Кремля и Китай-города, а также московских монастырей, обладавших развитой сетью крепостных подземелий, к числу которых можно отнести монастыри: Новодевичий, Симонов, Донской,
Чудов и некоторые другие. Известны подземные ходы в районах Боровицкого холма и
Чертолье (древний район Москвы, примерно ограниченный набережной Москвы-реки,
Кропоткинским бульваром, Домом Пашкова и комплексом зданий Министерства Обороны). Сюда же можно отнести хозяйственные подвалы Солянки и Замоскворечья и др.
Подземные оборонительные ходы имел и каждый из городов-крепостей окружавших Москву: Ярославль, Ростов Великий, Суздаль, Тверь, Калуга, Ржев, Можайск, Верея,
Волоколамск, Перемышль, Таруса, Кашира, Алексин и др. Развитые оборонительные системы имели Троице-Сергиева Лавра, Иосифо-Волоколамский, Новоиерусалимский, Николо-Берлюковский, Симонов и другие монастыри московской области.
Аналогичные сети секретных подземных фортификационных сооружений (тайников, вылазов, слухов, противоминных галерей) были возведены в X – XV веках в Старой
Ладоге, Пскове, Копорье, Изборске, Порхове, Новгороде, Орешке, Кореле, Ямгороде,
Ивангороде и других городах. Например, в Ивангороде был построен ход под р. Нарвой,
для чего реку на период строительства отводили в сторону. В Выборгском Замке известен
Ход Иогана Де-Порте, построенный в XVI-м веке.
Под влиянием северной, псковско-новгородской и московской традиций подземного строительства возводились такие крепости как Галич, Углич, Нижний Новгород, Вятка,
Муром, Елабуга. Во всех этих городах имеются подземные тайники, пороховые погреба,
подвалы. Сложные системы подземных ходов существуют в Пензе и Царицыне. В Тобольском Кремле, представлявшем собой типичную крепость в стиле Северо-Западной
Руси, системой подземных ходов были связаны ключевые пункты обороны города.
30
Любой город, и не только подземный, не может существовать без системы инженерных коммуникаций, в первую очередь водоснабжения. Подобные объекты известны практически во всех
уголках земного шара. Наиболее часто к ним относятся: водопроводные тоннели, колодцы, системы колодцев, соединённых между собой тоннелями, а также подземные резервуары для воды. Одни из самых древних подземных гидротехнических сооружений, такие как водоводы, канализационные и дренажные тоннели, глубокие колодцы и резервуары для хранения воды были
построены в хеттских городах Аладжа, Алишар, Богазкёй и др.
В древней Индии в городах Мохенджо-Даро и Хараппа, получивших расцвет в 2600 – 1800 годах до н.э., имелись развитые системы водопровода и канализации. Площадь поперечного сечения канализационных каналов достигала 2 м2. Причём в систему канализации входили заглублённые отстойники, где происходило осаждение твёрдых частиц, используемых впоследствии в качестве удобрений.
Кносский дворец на острове Крит, построенный в XXI – XVII веках до н.э. и известный в древнегреческих легендах как лабиринт Минотавра, имел обширную подземную часть, включавшую в себя мастерские, склады продовольствия, оружия, тюрьму, а также развитую сеть канализации, обслуживавшей бассейны, ванные комнаты и туалеты.
Колодцы, тоннели и подземные ёмкости для хранения воды строились в древнем Египте начиная с XVI – XI веков до н.э. Диаметр колодцев достигал 2,5 м, а глубина составляла более 20 м.
Аналогичные объекты впоследствии неоднократно возводились на территории Древней Греции. Например, в Трое, на случай осады, существовал подземный резервуар для хранения воды
объёмом 20 м3.
Многие города в Месопотамии имели развитые сети водоотведения и дренажа. При раскопках
на территории Ниневии и Вавилона археологами были найдены канализационные каналы и
тоннели. Дренажные системы использовались не только для водоотведения, но и для водоснабжения городов. Практически в каждом доме имелся специальный колодец, облицованный
керамическими перфорированными кольцами. Поверхностные воды, собиравшиеся в колодце,
использовались для водоснабжения домов и транспортировались по системе дренажных труб
31
на поля, либо сбрасывались в реки. Кроме этого, в систему водоснабжения включались подземные резервуары различного объема.
Подобные инженерные сети, включавшие в себя подземные резервуары и тоннели, использовались для орошения дворцовых садов в Ниневии. Развитой сетью водоснабжения, включавшей
водопроводящие тоннели и резервуары, обладал древний Иерусалим. В окрестностях Пальмиры существовал резервуар размерами 60×60×5 м, вода к которому подводилась по тоннелю
длиной около 17 км.
Первый водопровод в Москве был сооружён только в 1633 году на территории
Кремля. В Водовзводной башне была установлена водоподъёмная машина, поднимавшая
из колодца воду в свинцовый резервуар, расположенный наверху башни. Оттуда по
свинцовым трубам вода поступала в водовзводную палатку, стоявшую около Верхнего
Набережного сада, и распределялась через подземный трубопровод по всему Кремлю.
Инженерные сети и коллекторы в Москве стали прокладывать под землёй лишь в
середине XIX-го века начиная с заключения в трубу реки Неглинки (рис. 1.19) и
прокладки Мытищинского и Москворецкого водопроводов.
Рис. 1.19. Коллектор реки Неглиннаяi
Возводились специальные гидротехнические тоннели для водоснабжения городов.
Например, около 50 г. до н.э. римлянами был пробит тоннель длиной около 5 км для отво32
да воды из озера Фучино. Согласно историку Плинию, тоннель строился в течение 11 лет,
работы велись встречными забоями примерно из 40 шахт. При императоре Адриане во II
веке н.э. римлянами был сооружен тоннель для водоснабжения Афин. В период турецкого
владычества численность населения города резко упала, тоннель был заброшен и вновь
запущен в эксплуатацию спустя столетия – в 1840 г. В 1925 г. афинский водопровод был
расширен и реконструирован, вследствие чего старый римский тоннель продолжает эксплуатироваться до сих пор. А около 300 г. н.э. на территории современной Турции был
построен тоннель, выполнявший одновременно функции водопровода и подземного судоходного канала.
Многовековой опыт возведения подземных сооружений, накопленный древними
строителями, позже начал использоваться при возведении и освоении подземного
пространства многих городов. Историческое многовековое формирование и развитие
городской системы подземных сооружений хорошо иллюстрируется примером Парижа. За
более чем 2 000 лет существования города, в его подземном пространстве разместились
несколько тысяч километров подземных сооружений: карьеры и катакомбы, один из
старейших в мире метрополитенов, транспортные тоннели, инженерные коммуникации,
крупнейшая в мире система подземных автостоянок, банковские хранилища, винные
погреба, торговые центры, музеи и проч.
История освоения подземного пространства Парижа началась в I веке до н.э. и связана она с римлянами, добывавшими в подземных каменоломнях известняк для строительства поселения Лютеция (от латинского lucotis – «белизна», обозначающая цвет каменистых берегов Сены). Первоначально каменоломни располагались на левом берегу Сены
и находились под территорией современного Люксембургского сада, однако начиная с X
века, в процессе расселения людей по обоим берегам реки, каменоломни переместились
на правый берег. По мере роста и развития города расширялась сеть подземных разработок и к XVI веку они вошли в городскую черту (рис. 1.20). Добываемый в каменоломнях
известняк и гипс, использовались для строительства собора Нотр-Дам, Лувра и других
всемирно известных зданий.
33
Рис. 1.20. Карта Парижских каменоломен2
Общая протяжённость всей парижской сети каменоломен (катакомб) составляет по
разным данным от 187 до 300 км, средняя глубина выработок – около 25 м.
Во время эпидемий и при переполнении кладбищ в катакомбах производились захоронения. Первые захоронения имеют возраст более 1200 лет, последние приурочены к
эпохе Французской революции. Всего в парижских катакомбах захоронено более
6 000 000 чел. (рис. 1.21).
2
Ши Н. Двойная жизнь Парижа. – National Geographic. Россия, февраль, 2011. – с. 66 – 87.
34
Рис. 1.21. Захоронения в Парижских катакомбах
В XV – XVI веках в Париже началось другое направление в освоении подземного
пространства города – интенсивное строительство инженерных сетей водопровода и канализации, хотя первую канализацию в Париже проложили еще римляне. Под развалинами
римских бань в Латинском квартале сохранилось около 18 м канализационных труб. В
1636 году канализация Парижа обслуживала примерно 415 000 жителей, при этом её длина составляла всего 23 километра. Обследование канализационной системы, проведённое
в начале XIX века, показало, что канализация состояла из почти 200 не задокументированных тоннелей различной длины и диаметра. После чего была проведена реконструкция
и расширение сети канализации, в результате чего уже к 1878 г. общая протяжённость канализационных тоннелей достигла 600 км. Тоннели в основном прокладывались под городскими улицами и стали зеркальным отражением города. В каждом тоннеле указано
название улицы и номер дома, под которым он проходит.
В настоящее время длина коммуникационных сетей Парижа составляет около 2 100
км. В этих тоннелях прокладываются канализационные и водопроводные сети, системы
связи, пневмопочта и проч. (рис. 1.22).
35
Рис. 1.22. Парижская канализация
С начала XX столетия использование подземного пространства Парижа получило
новый виток – 19 июля 1900 г. началась эксплуатация метрополитена.
Парижский метрополитен – один из старейших в Европе (ранее метро было построено только в Лондоне и Будапеште). Сами термины «метро» и «метрополитен» получили всемирное распространение благодаря парижскому метрополитену: métropolitain –
столичный, от греч. metrópolis — главный город, столица; Métro de Paris – сокращение от
первоначального названия chemin de fer métropolitain – с фр. «столичная железная дорога».
Первый проект метрополитена в Париже появился в 1845 г. и предполагал организацию
только грузовых перевозок. К проекту вернулись в 1871 г., однако, длительное время решался вопрос о наземном или подземном размещении линий и об объединении метро с
уже существующими железнодорожными ветками. Обсуждался также вопрос о выходе
линий метро за границы города. Окончательный проект был разработан инженерами Ful36
gence Bienvenüe и Edmond Huel и утверждён муниципальным советом Парижа 20 апреля
1886 г. При этом было решено, что метрополитен является электрической подземной
транспортной системой, предназначенной для транспортировки пассажиров и их ручного
багажа и не выходящей за пределы города. Габариты вагонов не должны превышать 2,4 м,
что исключало использование стандартных железнодорожных вагонов, длина станций –
75 м. 30 марта 1898 г. правительство Франции приняло закон о строительстве 6-ти линий
метрополитена в Париже.
Работы по строительству линии I были начаты 4 октября 1898 г. (рис. 1.23) и спустя 20 месяцев, 15 июня 1900 г. было запущено пробное движение поездов, а 19 июля
1900 г. линия I была открыта для пассажиров. До конца 1900 г. по линии было перевезено
около 4 млн. пассажиров.
Первые тоннели метрополитена строились непосредственно под городскими улицами и имели небольшую глубину заложения. На узких участках улиц в центре города, изза близости домов на противоположных сторонах улицы друг к другу, некоторые станции
имеют платформы, смещенные друг относительно друга в плане.
Первые вагоны метро были деревянными, однако после пожара 10 августа 1903 г.
на станции «Couronnes», во время которого погибло 84 чел., от использования деревянных
конструкций было решено отказаться. В процессе строительства парижского метро решались уникальные для своего времени инженерные задачи.
37
Рис. 1.23. Открытка, посвященная строительству Парижского метрополитена
Так, в 1905 г. при строительстве IV линии был построен первый тоннель под р. Сена. Для этого на поверхности собирались секции обделки тоннеля длиной 20 – 40 м, которые на баржах транспортировались к месту монтажа, затапливались и кессонным способом погружались на проектную отметку (рис. 1.24).
Рис. 1.24. Открытка, посвящённая проходке тоннеля метрополитена под Сеной
38
Запланированное строительство первых шести линий было завершено в 1910 году
и Правительство Франции приняло решение о продолжении строительства метрополитена. К началу Первой мировой войны в Париже действовало 10 линий метро, общей протяжённостью 91 км. За 14 лет эксплуатации было перевезено около 467 млн. пассажиров.
Во время Первой мировой войны парижский метрополитен продолжал эксплуатироваться и, одновременно с этим, по-видимому, впервые в истории метро, использовался
как бомбоубежище.
После окончания войны строительство метро в Париже продолжилось, и большая
часть линий в центральной части города была запущена в эксплуатацию к 1920 году. Архитектурное исполнение старых станций было решено архитектором Гектором Гимаром в
стиле модерн.
Активное строительство метро продолжалось и в 30-х годах до начала Второй мировой войны, и в 1934 г. тоннели метро вышли за границы города.
После окончания войны строительство метро сильно замедлилось и получило новый виток только в середине 1960-х годов. Тогда же метрополитен был соединён с пригородным экспрессом RER.
15 октября 1998 г. в Париже была открыта полностью автоматизированная 14 линия, больше известная как линия «Метеор».
В настоящее время протяжённость путей Парижского метрополитена составляет
214 км с 300-ми станциями. Пассажирооборот около 4,5 млн. чел. в день.
С 1960-х годов в Париже начинается еще один виток освоения подземного пространства – строительство подземных автостоянок. К настоящему времени в городе построено около 200 подземных парковок глубиной от 7 до 10 ярусов вместимостью до 1200
автомашин.
Кроме всего перечисленного в подземном пространстве Парижа располагаются:
высоковольтные линии электропередач (ЛЭП), автоматические телефонные станции, тепловые и распределительные пункты, склады, фитнес-центры, кинотеатры и многое другое.
По данным 1980-х годов примерные объёмы подземного пространства под Парижем со39
ставляли: подземные части зданий – 43 млрд. м3; линии метро и скоростные магистрали –
16 млрд. м3; водоотводные каналы, канализация, сети и коллекторы – 8 млрд. м3; не используемые в настоящее время объекты – 6 млрд. м3; железнодорожные объекты – 3 млрд.
м3; паркинги – 2,5 млрд. м3; торговые центры – 1,5 млрд. м3; подземные службы путей сообщения – 1,1 млрд. м3; различные технические тоннели – 0,6 млрд. м3.
Пример Парижа наглядно показывает, что крупномасштабное освоение подземного
пространства, особенно крупных городов, стало возможным только, начиная со второй
четверти XIX-го века, когда в развитых капиталистических странах началась промышленная революция. Бурное развитие техники позволило разработать и предложить инновационные решения, позволившие вести проходку в сложных инженерно-геологических и гидрогеологических условиях, повысившие производительность труда и фактически ставшие
основой современного подземного строительства.
Первой из таких инноваций стал предложенный М. Брюннелем в 1825 г. метод
щитовой проходки, с помощью которого в мягких породах под р. Темзой был пройден
тоннель протяженностью 450 м (рис. 1.25).
40
Рис. 1.25. Тоннель Брюннеля. 1835 г. Лондон (проект).
Строительство было завершено в 1832 г. Инженерами Барлоу и Трейтхедом в 1869
г. был сооружён второй подводный тоннель под Темзой длиной 450 м и внутренним
диаметром 2 м. Для его проходки был использован щит кругового сечения с обделкой из
чугунных сегментов. Этот щит стал прообразом современных тоннелепроходческих
щитов.
Важным этапом становления эпохи промышленного тоннелестроения в нескальных
и слабых скальных грунтах является сооружение Лондонского метрополитена, открытого
для движения в 1862 году. Первый участок имел протяжённость всего 3,6 км, однако уже
в 1863 году парламентская комиссия одобрила сооружение 30-ти километровой
подземной окружной железной дороги. Она была введена в эксплуатацию в 1884 году и на
одном из ответвлений включила в себя тоннель Брюннеля, оказавшийся самым старым
участком Лондонского метро. В 1890 году на подземной части Южно-Лондонской линии
была введена электрическая тяга поездов. До этого поезда ходили на паровой тяге и
тоннели были заполнены паровозным дымом и копотью.
Развитие
методов
проходки
в
сложных
инженерно-геологических
и
гидрогеологических условиях получили развитие при строительстве Московского
метрополитена.
Первый проект московского метрополитена был разработан в 1901 году. Он
предусматривал сооружение круговой эстакады по Камер-Коллежскому валу с двумя
диаметрами: первый от Преображенской заставы до Новодевичьего монастыря, второй от
Серпуховской заставы до Петровского Парка.
Следующий проект был разработан в 1902 году инженерами П.И. Балинским и Е.К.
Кнорре и художником Н.Н. Каразиным. Они предложили строительство смешанных
линий – наземных и подземных. Авторами плана предлагалось провести диаметральную
линию от строившейся в тот период окружной железной дороги в районе ПетровскоРазумовского через центр города к Красной площади и Храму Василия Блаженного (рис.
1.26). Около Храма планировалось строительство Центрального вокзала. Далее линия
должна была идти по эстакадам через Москву-реку, Большую Ордынку и Серпуховскую
заставу до пересечения с окружной железной дорогой вблизи Павелецкого вокзала. Затем
должна была быть построена кольцевая линия по Садовому кольцу и Замоскворечью и
41
радиальная – от Черкизова, по Яузе до центра города. Общая проектируемая
протяжённость пути составляла 54 км.
Рис.1.26. Первый проект Московского метро (1902 г.) (http://metroblog.ru/)
Проект был вынесен на обсуждение Московской Городской Думы 18 сентября
1902 года и в декабре 1902 года отклонён. Главными оппонентами строительства стали:
московское археологическое общество, объединявшее виднейших историков России,
московское духовенство и пайщики трамвайной компании.
К вопросу строительства метрополитена Городская дума вернулась в 1911 году.
Рассматривалось предложение о строительстве трамвайного тоннеля под Лубянским
проездом, Ильинкой и Красной площадью. Впоследствии этот тоннель должен был стать
частью сети будущего метрополитена, включавшей в себя строительство трёх подземных
линий:
1 – от Смоленского рынка до Каланчёвской площади;
42
2 – между Тверской и Покровской (Абельмановской) заставами;
3 – между Виндавским (Рижским) вокзалом и Серпуховской площадью.
Эти линии должны были соединяться с существующими железнодорожными
линиями.
В 1912 году инженером Е.К. Кнорре был выдвинут проект двух очередей: первая –
радиальная, от центра до соединительной ветви между Октябрьской и Курской
железными дорогами; вторая – кольцевая, по Садовому кольцу.
Реализации проектов помешала Первая Мировая Война.
В 1922 году проблема строительства московского метрополитена была затронута
архитекторами А.В. Щусевым и И.В. Жолтовским при составлении плана «Новой
Москвы».
В конце 1931 года было организовано архитектурное бюро технического отдела
Метростроя. В первый его состав вошли архитекторы: Н. Андриканис, С. Сенкевич, И.
Таранов, Л. Шагурина, Л. Шухарева. Возглавлял бюро С. Кравец. В 1933 году бюро было
преобразовано в самостоятельную организацию – центральную проектную контору
Метропроект, а позднее, в 1951 Метропроект был реорганизован в проектноизыскательский институт Метрогипротранс.
Проходка опытного участка на Русаковской улице (рис. 1.27) началась в 1931 году
по чертежам Технического отдела Управления Метростроя, разработанным под
руководством проф. В.Л. Николаи – одного из руководителей строительства Малого
кольца Московской Железной Дороги. Первая очередь московского метро была построена
в рекордно короткие сроки: если к январю 1934 года было выполнено только около 6%
всех работ, то к январю 1935 года план строительства был завершён полностью.
43
Рис. 1.27. Шахта № 17 кировского радиуса в период строительства.
1932 год
Открытие первой очереди Московского метрополитена состоялось 15 мая 1935
года на участках от станции "Сокольники" до станции Парк культуры" с ответвлением от
станции "Охотный ряд" до станции «Смоленская» общей протяженностью 11,6 км (рис.
1.28). «Широкие платформы и высота станций московского метро, давая практические
преимущества для движения пассажиров, обеспечивая хорошую вентиляцию и общие
санитарные условия, в то же время предоставили большую свободу для архитектурного
оформления подземных вокзалов. Московские архитекторы широко использовали эту
возможность. На станциях московского метрополитена мрамор стен и кессонные потолки
изящно сочетаются с другими материалами и частями сооружений»*.
*
Морган Д. Московский метрополитен лучший в мире. - М.: Московский рабочий, 1935.
44
Рис. 1.278 Схема линии московского метрополитена 1935 г.
В сентябре 1935 года был утверждён проект второй очереди, включавший в себя
продление Арбатско-Покровской линии до Киевского и Курского вокзалов и сооружение
Горьковского радиуса от центра до района Сокол.
К настоящему времени в Московском метрополитене построено 12 линий, в том
числе 11 подземных:
Первая
половина
20
века
характеризуется
увеличением
интенсивности
строительства подземных сооружений, особенно тоннелей различного назначения, во
многих странах мира. В качестве примера можно привести Японию, где в этот период был
построен
ряд
уникальных
подземных
транспортных
сооружений,
что
можно
проиллюстрировать строительством в очень сложных гидрогеологических условиях
Таннского тоннеля длиной 7 800 м, расположенного на железной дороге Токио – Кобэ
(Япония). Строительство было начато в 1918 г. и завершено в 1934–м. В качестве ещё
одного сложного инженерно-технического решения можно привести строительство в 1936
– 1941 годах под Симонесским проливом одного из первых в мире протяжённых
подводных тоннелей. Его длина составила 6 330 м.
В этот же период в строительстве подводных тоннелей получил дальнейшее
развитие способ, укладываемых на дно, опускаемых секций. Таким способом, например, в
1983 году в Санкт-Петербурге был возведён автодорожный тоннель протяжённостью
около 1 км, обеспечивающий постоянную транспортную связь между Канонерским и
Гутуевским островами. Подводный участок протяжённостью 375 м сооружён из опускных
секций длиной 75 м, шириной 13,3 м и высотой 8,05 м, выполненных из монолитного
железобетона с наружной металлоизоляцией. Аналогичным способом, в 90-х годах
прошлого столетия, были построены в США тоннели скоростного метрополитена,
соединившего города Сан-Франциско и Окланд. В этом случае железобетонные секции по
особой технологии опускались и укладывались на дно Сан-Францисского залива.
45
Во второй половине 20-го столетия развитие строительных технологий позволило
осуществлять проходку тоннелей под морским дном в сложных инженерно-геологических
условиях. В 1988 г. в Японии был введён в эксплуатацию тоннель «Сейкан»,
проложенный под дном Салгарского пролива на глубине 240 м и связывающий между
собой острова Хонсю и Хоккайдо. Его протяжённость – 53 850 м. Строительство тоннеля
продолжалось более 40 лет. Сооружение представляет собой три параллельно идущих
тоннеля диаметрами: 11,1 м – основной, по которому идут поезда, и 5 м – два служебных.
Основной и вспомогательные тоннели связаны между собой системой коридоров и
переходов. С поверхностью тоннель «Сейкан» соединён двумя порталами – в начале и в
конце тоннеля, и несколькими вертикальными и наклонными шахтами, оснащёнными
мощными грузовыми лифтами. Каждый из таких лифтов способен спустить вниз и
поднять на поверхность несколько грузовых автомобилей. Под проливом, на случай
чрезвычайных ситуаций, имеются две станции.
В июне 1991 года закончилась проходка 50-ти километрового комплекса тоннелей
под проливом Ла-Манш. Также, как и «Сейкан», транспортный подземный комплекс под
Ла-Маншем представляет собой систему из трёх тоннелей: два перегонных однопутных
железнодорожных тоннеля наружным диаметром 8,36 – 8,72 м и между ними служебный
тоннель диаметром 5,38 – 5,77 м (рис. 1.29). Тоннель был открыт 6 мая 1994 г. и имеет
протяжённость около 51 км, из них 39 км под дном моря.
Рис. 1.29. Подводный тоннель под проливом Ла-Манш.
46
Идея строительства тоннеля под Ла-Маншем для движения конных экипажей
впервые была высказана в 1802 г. французским инженером Альбертом Матье-Фавье, но не
была принята. В 1875 г. один из участников строительства Лондонского метрополитена –
Питер Уильям Барлоу - предложил проложить тоннель в стальной трубе, проходящей по
дну пролива. Эта идея так же была отклонена. В дальнейшем было предпринято ещё
несколько попыток осуществить строительство тоннеля, но все они, по причинам
политического и экономического характера реализованы не были.
21 октября 1876 г. французской стороной были начаты работы по проходке тоннеля
у города Сангатт, однако 8 марта 1883 года строительство было остановлено, так как
британская сторона высказала опасения в использовании тоннеля для возможного
вторжения на территорию Великобритании. К этому времени было пройдено 2026 м с
английской стороны и 1829 м с французской.
Очередная попытка строительства тоннеля была предпринята в 1922 г. у
английского города Фолкстоун. Было пройдено 128 м, после чего работы снова были
остановлены.
В 1973 г. был пройден тестовый тоннель длиной 250 м, строительство которого
снова было прекращено.
В 1987 г. был принят окончательный проект строительства тоннеля, соединяющего
города Кале с французской стороны и Фолкстоун – с английской.
Наиболее крупные горные тоннели для автомобильного сообщения построены в
ряде европейских стран: Австрии, Швейцарии, Италии, Франции, Норвегии, Швеции, на
территории бывшей Югославии, а также в Японии.
В Австрии общая протяженность эксплуатируемых автодорожных тоннелей
составляет около 300 км. Наиболее крупные из них: «Арльберг» - 13,97 км, «Плабуч» 9,63 км, «Глейнальм» - 8,32 км, «Пфёндер» - 6,71 км, «Тауэрн» - 6,4 км.
Ведется строительство тоннелей «Плеккен» длиной 5,7 и «Караванке» длиной 7,86
км, часть которого проходит по территории бывшей Югославии.
В Швейцарии эксплуатируется около 200 автодорожных тоннелей общей
протяженностью 200 км. Крупнейшими являются «Сен-Готард» и «Зелисбер» на
автодороге «Базель – Милан» протяженностью, соответственно, 16,32 и 9,28 км, «СанБернардино» - 6,6 км, «Гранд Сан-Бернар» - 5,82 км, «Керенцерберг» - 5,76 км. Сейчас в
Швейцарии строят около 45 тоннелей.
47
Уникальные тоннели намечено построить по трассе скоростных автомагистралей
«Берн (Швейцария) – Арона (Италия)» - два тоннеля длиной 38,2 и 35,4 км), «Люцерн –
Лугано» - тоннель длиной 49,3 км) и «Чурн – Трун» - тоннель длиной 25,7 км.
В Италии сеть автомобильных дорог составляет около 6 тыс. км, из которых 350 км
приходится на тоннели. Наиболее крупные тоннели построены в Альпах и Аппенинах.
Среди них тоннели «Фрежюс» - 12,90 км и «Монблан» - 11,6 км, частично расположенные
на территории Франции, два параллельных тоннеля «Гран-Сассо» по 10,17 км каждый, два
тоннеля «Селе» по 5,4 км каждый, два тоннеля «Каррито» по 4,55 км каждый. На
автомобильной дороге, связывающей Милан со швейцарской границей, построено 11
сдвоенных тоннелей общей протяженностью 14,7 км.
Во Франции сейчас насчитывается более 650 горных автодорожных тоннелей
суммарной протяженностью 166 км, причем 18 тоннелей имеет длину более 1 км. Три
наиболее крупных альпийских тоннеля: «Фрежюс», «Монблан» и «Морис Лемейр»,
имеют суммарную протяженность более 30 км.
Сложные топографические условия Норвегии, большую часть которой занимают
Скандинавские горы, наличие многочисленных фьордов обусловили необходимость
строительства целого ряда горных тоннелей. Всего в стране эксплуатируются более 700
автодорожных тоннелей, крупнейшими среди которых являются «Гудванген» - 11,4 км,
«Стейген» - 8,04 км, «Свартизен» - 7,61 км, «Хоянгер» - 7,52 км, «Фиаерланд» - 6,37 км.
Общая протяженность построенных в Швеции автодорожных тоннелей 112 км,
строящихся 45, проектируемых 80 км.
На территории бывшей Югославии действуют около 300 автодорожных тоннелей
общей протяженностью более 40 км. За последние 40 лет построено более 50 горных
автодорожных тоннелей. В настоящее время строят почти два десятка горных тоннелей, в
том числе два параллельных тоннеля длиной по 7,864 км под горой Караванке.
В Болгарии по трассе автомагистрали «Хемус» построено несколько горных
тоннелей. Разработан проект тоннеля длиной 3,5 км под Шипкинским перевалом на
дороге «Габрово – Стара Загора».
В Японии около 80 % территории занято горами, для пересечения которых
трассами автомобильных дорог построено около 5000 тоннелей общей длиной 2500 км,
причем 450 тоннелей имеют длину более 0,5 км. По трассе скоростных автомагистралей,
насчитывающих 4500 км, построено около 200 км тоннелей. В дальнейшем планируется
довести сеть скоростных автомагистралей до 7500 км, а общую протяженность тоннелей
на них до 840 км. К крупнейшим автодорожным тоннелям Японии относятся два
48
параллельных тоннеля «Канэтцу» - по 10,92 км каждый. Один из них построен в 1985 г., а
другой введен в эксплуатацию в 1991 г. Также к крупнейшим относятся: два тоннеля
«Энасан», длиной 8,48 и 8,62 км, два тоннеля «Синкобе», 7,27 и 6,91 км, тоннель «Хиго» 6,34 км и др.
Многочисленные горные автодорожные тоннели построены в Финляндии,
Болгарии, Германии, КНР, Индии, США и других странах. Намечено дальнейшее
расширение объемов тоннельного строительства. Разрабатывается крупнейший проект
создания уникальной системы «Евротоннелей» глубокого заложения (100 – 150 м) общей
протяженностью 3800 км между Лондоном (Англия) и Зальцбургом (Австрия),
Хельсинборгом (Швеция) и Генуей (Италия), а в перспективе – между Парижем
(Франция) и Берлином (Германия) для скоростной (300–400 км/ч) перевозки автомобилей
на специальных платформах (железнодорожные составы или поезда на магнитной
подвеске). По трассе тоннелей намечено построить 25 подземных вокзалов с грузовыми и
пассажирскими лифтами. Строительство системы «Евротоннелей» рассчитано на 30–40
лет.
В странах СНГ горные автодорожные тоннели сооружены в Крыму, на Кавказе, в
Средней Азии, на Дальнем Востоке. Среди наиболее крупных следует упомянуть
Сусамырский тоннель длиной 2,5 км в Киргизии на дороге «Фрунзе – Ош», построенный в
1964 г. на высоте более 3 км над уровнем моря. В Грузии с 1971 г. эксплуатируется
тоннель длиной 1,8 км под Пушкинским перевалом на дороге «Тбилиси – Ереван», а с
1983 г.– тоннель длиной 1,76 км под Рикотским перевалом на дороге «Тбилиси –
Кутаиси».
В 1987 г. был открыт для движения Рокский тоннель длиной 3,6 км под Главным
Кавказским хребтом на дороге «Владикавказ – Цхинвал». Два спаренных тоннеля длиной
0,556 км построены в 1978 г. на дороге «Сочи – Кудепста» под мысом Видный. Два
тоннеля длиной 1,256 и 0,841 км сооружены на обходе г. Гагры на трассе «Новороссийск –
Тбилиси – Баку».
В Армении завершено строительство Севанского автодорожного тоннеля длиной
2,2 км на дороге «Ереван – Дилижан». В Таджикистане ведется строительство
Гиссарского тоннеля длиной около 5 км под горой Уштур на дороге «Душанбе –
Ташкент».
Еще одним важным направлением использования подземного пространства в 20
столетии является строительство подземных промышленных предприятий. Одной из
первых по этому пути, очевидно, пошла Германия, где ещё во время Первой мировой
49
войны было построено первое подземное хранилище, а в 1917 г. – первый подземный
завод точных приборов. Во время Второй мировую войны в Германии шло интенсивное
строительство подземных промышленных предприятий. Для этого использовались:
-
существующие горные выработки, с расширением отдельных участков до
необходимых размеров;
-
тоннели внутри холмов или гор;
-
подземные и полуподземные сооружения, возводимые в глубоких котлованах
(нередко использовались глубокие овраги, тальвеги и прочие естественные углубления).
Одним из наиболее крупных был завод «Миттельверк» для производства ракетных
установок ФАУ-1 и ФАУ-2, расположенный в горе Конштайн вблизи города Нордхаузен
(Тюрингия) (рис. 1.30). Завод состоял из двух параллельных тоннелей длиной 2,3 км и
шириной 12,5 м, расположенных на расстоянии 1,4 км один от другого. Тоннели
соединялись друг с другом 46-ю поперечными выработками. Общая полезная площадь
подземного пространства составляла около 15 га.
Рис. 1.30. Конвейер на подземном заводе «Миттельверк» по сборке самолета-снаряда Фау-1 (V-1).
Германия, 1945 г.
50
Вблизи от города Нахтерштедт (Nachterstedt) земля Саксония-Анхальт в годы
Второй Мировой войны был построен подземный химический завод по производству
боевых отравляющих веществ и газовые хранилища.
У чешского города Литомержице под холмами Биднице и Радобы располагался
подземный военный завод «Б5-Рихард» (B5-Richard) представлявший собой систему
камерных выработок и тоннелей общей протяжённостью порядка 25-30 км. Сейчас часть
завода используется как хранилище радиоактивных отходов. Вход в остальные
помещения завода с 2001 года запрещён (рис. 1.31).
Рис. 1.31. Подземный завод Рихард. Современное состояние. http://richard-1.com
По окончании Второй Мировой войны строительство подземных заводов
приобрело широкий размах в Великобритании. Для этого обычно использовались
заброшенные
горные
выработки.
Например,
в
одной
из
заброшенных
шахт,
существовавшей ещё в Первую Мировую войну, был размещён подземный завод по
изготовлению деталей самолётов. Общая полезная площадь завода составляла около 6 км2.
В 1939 году в Кардифоре (США) был построен, по-видимому, первый в мире,
подземный гараж. Размещённый под одной из площадей города на 10,7 м, он
одновременно являлся убежищем для населения на особый период. В последующие
десятилетия во всём мире строительство этого вида подземных сооружений получило
интенсивное развитие.
51
С 1940 года также в США начинают активно использоваться заброшенные
выработки в известковых карьерах в качестве холодильников для длительного хранения
скоропортящихся пищевых продуктов. Исследования, проведённые американскими
специалистами, показывают, что в подземных известковых выработках в течение
длительного времени сохраняется постоянная температура и влажность. В случае
отключения приборов охлаждения, температура в подземных складских помещениях
поднимается на 30С в течение 60 дней.
А в 1948 году в г. Наантали (Финляндия) было сооружено одно из первых в мире
подземных нефтехранилищ.
Другим примером использования подземного пространства в военных целях в
Европе и, в первую очередь, в Германии, является активное строительство объектов
специального назначения (оборонительных комплексов).
В качестве примера можно привести Мезерицкий укрепрайон, созданный немецкими военными строителями с 1927 по 1937 годы в окрестностях
польского городка Мендзижече. В секретных документах немецкой армии
этот оборонительный комплекс носил название «Regenwurmlager» - «Лагерь
дождевого червя». По предположениям отечественных военных специалистов, проводивших его обследование, укрепрайон в основном располагался
под озером Кшива и представлял собой подземный комплекс с полностью автономным жизнеобеспечением. Он включал в себя: камерные выработки для
личного состава (в годы Второй Мировой войны здесь размещались два полка и учебный центр дивизии СС «Мёртвая голова»), узлы связи, склады боепитания и продовольствия, системы жизнеобеспечения, включая подземную
гидроэлектростанцию. Кроме того, в комплексе предусматривалась сеть пешеходных, железнодорожных и автотранспортных тоннелей, соединяющих
подземные казармы с дотами и артиллерийскими капонирами, а также с подземными заводом и стратегическими хранилищами. В лесу вокруг озера сохранились мощные железобетонные доты с толщиной купола около 1 м, уходящие на глубину 30 – 50 м. Они были вооружены крупнокалиберными пулемётами и пушками, оборудованы механизмами полуавтоматической подачи боеприпасов (рис. 1.32).
52
Рис. 1.32. Мезерицкий укрепрайон. Схема связи подземных коммуникаций с Дотами.
(http://www.polska.lv)
Кроме того, в комплекс подземных сооружений входит система тоннелей, названных военными «подземным метро». Было установлено, что диаметр тоннеля «подземного метро» составлял около 3 м. Тоннель плавно
опускался и уходил под землю на пятидесятиметровую глубину, имея сеть
разветвлений и пересечений, а также транспортных площадок-развязок. Стены и потолок тоннелей выполнялись из сборных железобетонных элементов,
пол выложен прямоугольными плитами (рис. 1.33).
53
Рис. 1.33. Мезерицкий укрепрайон. Автотранспортный тоннель. (http://www.polska.lv)
Аналогичные оборонительные комплексы, включавшие большое количество
подземных сооружений специального назначения строились в первой половине 20-го
столетия, как в Германии, так и в различных странах Европы. К наиболее известным
комплексам относятся: линия Гинденбурга, линия Зигфрида, Атлантический вал
(Германия); линия Мажино (Франция); линия Маннергейма, линия Салпа (Финляндия);
линия Сталина, линия Молотова (СССР) и т.д. На рис.1.34 показана схема укрепрайона –
линия Сталина.
Говоря об истории подземного строительства нельзя обойти вниманием такой
немаловажный аспект, как строительство подземных гидротехнических сооружений,
отличающихся наибольшей сложностью и трудоёмкостью по сравнению с другими
подземными объектами. Проиллюстрировать это можно следующим сопоставлением
(Мостков, Орлов, Степанов, 1986): площадь поперечного сечения камерных выработок
для машинных залов, уравнительных резервуаров и распределительных устройств
подземных ГЭС нередко превышают 1 000 м2, гидротехнических тоннелей – 200 м2, в то
54
время как площадь поперечного сечения перегонных тоннелей метрополитена составляет
20 – 25 м2. В качестве примера приведём проект подземного машинного зала Рогунской
ГЭС (рис. 1.35).
Рис. 1.34. Линия Сталина
Подземный машинный зал Рогунской ГЭС длиной 320 м, шириной 27м и высотой
64 м запроектирован на глубине 500 м от поверхности земли. В непосредственной
близости от него - помещение силовых трансформаторов шириной 20 м, высотой 38 м и
длиной 180 м, отделённое от машинного зала скальным целиком шириной 38 м. Общий
объём подземных выработок на Рогунском гидроузле – около 5,3 млн. м3, а их
протяжённость – около 60 км.
55
с. 1.35. Разрез по машинному залу Рогунской ГЭС (проект)
1 – машинный зал, 2 – помещение трансформаторов и затворов отсасывающих труб, 3 – защитный
свод, 4 – гидрогенератор, 5 – гидротурбина, 6 – силовой трансформатор, 7 – турбинная камера, 8 –
отсасывающая труба, 9 – тоннель токопровода, 10 – кондиционер, 11 – мостовой кран, 12 – монорельсовая тележка, 13 – вентиляционная шахта, 14 – вмещающий горный массив, 15 – турбинная
шахта
Широко распространено строительство подземных ГЭС в Италии. Подземные
машинные залы станций Ампецо, Глоренца, Акри и др. имеют поперечное сечение
коробового типа, аналогичное Рогунской ГЭС. Экономические расчёты, выполненные
итальянскими проектировщиками, показывают, что расположение трансформаторов в
подземной выработке в непосредственной близости от машинного зала (закрытое
распределительное устройство – ЗРУ) даёт порядка 50 % общей экономии по сравнению с
наземным расположением (открытое распределительное устройство - ОРУ) (Барбакадзе,
Давыдов, 1983).
56
На Тихоокеанском побережье Канады расположена крупная подземная ГЭС
«Нечако - Кемано».
Во Франции подземная ГЭС Монпеза на р. Фонтельер заглублена на 60 м от
поверхности земли. Длина машинного зала ГЭС составляет 60 м, ширина 13,5 м, высота
27 м. Вода подаётся по деривационному тоннелю протяжённостью 17 км.
В Финляндии с 1956 по 1975 годы построено 4 подземных ГЭС. Крупнейшая
подземная ГЭС в стране - «Пирттикоски», расположена в верхней части устья р.
Кемийоки. Машинный зал станции, построенной в 1956 – 1959 годах, пройден на глубине
100 м от уровня моря. Вода на гидротурбины подаётся по двум напорным тоннельным
водоводам длиной 60 м каждый, с площадью поперечного сечения 130 м2; отводится по
напорному тоннелю площадью сечения около 400 м2. По данным на 1989 г. этот тоннель
был второй в мире по площади поперечного сечения (Саари, Рейнисто, Лайне, 1993).
В 1979 в Финляндии был построен гидротехнический тоннель протяжённостью 120
км (площадь поперечного сечения 15,5 м2). Он используется для водоснабжения
Хельсинки путём подачи воды из озера Пяйаянне в водохранилище Силвола.
Примерно в тоже время в СССР в чрезвычайно сложных инженерно-геологических
условиях был построен тоннель для переброски стока р. Арпа в оз. Севан (рис. 1.36).
Общая протяжённость тоннеля 48 км (Мостков, 2001.).
Большие объёмы подземного строительства в последние годы ведутся в Москве.
Это, в первую очередь, Торгово-рекреационный комплекс «Охотный ряд» на Манежной
площади, подземный гараж на Театральной площади, комплекс «Москва-Сити»,
подземный комплекс на Поклонной горе, значительное количество автостоянок,
подземных переходов, транспортных тоннелей, сооружений метрополитена.
Повышенный интерес к освоению подземного пространства в последние
десятилетия отмечается не только в нашей стране, но и во всем мире. В качестве примеров
можно привести подземные кварталы в Монреале и Торонто, систему автомобильных
парковок и гаражей в Париже и Хельсинки, развивающиеся системы организации
автомобильного движения в Осло и Бостоне и т.д. Монреальский подземный город Ville
souterraine (см. главу 3) с протяженностью подземных «улиц» более 30 км был отстроен в
70-ые годы. Подземный город общей площадью 12 кв. км. соединяет семь станций метро,
несколько гостиниц, торговых центров, офисных зданий, музеи – всего более 1700
подземных объектов (Александров, 2008). С Монреалем соперничает Торонто. Подземные
«улицы» под деловой частью города имеют протяжённость около 27 км и соединяют
между собой 1500 магазинов и предприятий сферы обслуживания, 5 станций метро, 20
57
автомобильных парковок, 6 крупных отелей и железнодорожный терминал. При этом
общая площадь торговых помещений составляет 370 тыс. м2.
Рис. 1.36. Гидротехнический тоннель Арпа-Севан.
1 – Кетчутское водохранилище, 2 –плотина, 3 – тоннель № 1, 4 – тоннель № 2, 5 – строительная
шахта, 6 – входной портал тоннеля № 2, 7 – выходной портал тоннеля № 1
В Германии только в течение 1980 – 2000 годов было построено почти
163 пог. км тоннелей различного назначения, включая: 11,3 км городских
транспортных систем, 69 км железнодорожных, 65 км автодорожных, 13 км
коммунальных и 4 км канализационных тоннелей. При этом 30,5% подземных сооружений были возведены открытым способом, а 69,5% - закрытым
(Haak, 2002).
В центре Франкфурта-на-Майне ведётся строительство одного из
крупнейших офисно-торговых центров в Германии «FrankfurtHochVier» общей площадью 180 000 м2, из них 60 000 м2 располагается в подземном пространстве (Katzenbach, Bachmann, Ramm, Waberseck, Dunaevskiy, 2008).
58
Большое внимание уделяется вопросам комплексного использования подземного
пространства в Японии. Первый в Восточной Азии подземный центр розничной торговли
открылся в апреле 1930 года под станцией Уэно в г. Токио. Главной целью разработчиков
было создание дополнительных удобств для клиентов, прежде всего пассажиров, едущих
из пригородов на работу и обратно. Примерно в то же время в г. Осака был разработан
план строительства подземного торгового центра рядом со станцией метро Намба. Позже,
примерно в 1940 году, один большой подземный пассаж объединил разные подземные
площади - подземную станцию электрифицированной железной дороги Хансин в Умэда,
станцию метро Умэда и подвальный этаж розничной торговли универмага Ханкю. Это
стало прототипом подземного города. В 50-е и 60-е годы город Осака вложил средства в
компанию «Осака Тикагай Ко. Лтд.», которая приступила с созданию одного подземного
центра за другим в районах, которые включали в себя вокзалы Намба и Умэда, торговые
районы Сэннити-маэ и Абэно и деловые кварталы Наканосима и Додзима. Среди
построенных в начале 90-х новых подземных торговых центров можно назвать сад Кёбаси
Комз Гарден, Дайамор Осака и Криста Нагахори. Теперь по уровню освоения подземного
пространства г. Осака занимает одно из первых мест в Восточной Азии (рис. 1.37).
В Токио проектирование станций кольцевого участка линии метрополитена № 12
ведётся с применением комплексного подхода к освоению подземного пространства.
Каждая из станций совмещена с многоярусной автовелостоянкой вместимостью до 300
мест и с сетью пешеходных тоннелей, позволяющих достичь без выхода на поверхность,
всех жилых массивов, обслуживаемых данной станцией. Городская территория,
примыкающая к проектируемым станциям метрополитена рассматривается как
социально-культурный центр микрорайона, для чего в подземном пространстве
размещаются приемные муниципалитета, справочные бюро, библиотеки, музеи,
торговые и общественные помещения. Такая схема позволяет скоординировать
преобладающие пешеходные потоки в микрорайоне, а также свести к минимуму
необходимые наземные передвижения.
В одной главе невозможно осветить полностью всю много тысячелетнюю историю
развития использования подземного пространства в
различных
странах. Цель
представленного выше краткого исторического очерка заключалась в том, чтобы дать
читателю представление о тех тенденциях, в соответствии с которыми развивалось
мировое подземное строительство, и показать перспективы его дальнейшего развития.
Подземное пространство таит в себе такие преимущества, что многие отечественные и
зарубежные специалисты в области его использования считают, что «интенсивное
59
освоение подземного пространства будет основной тенденцией в XXI-м столетии из-за
перенаселённости больших городов и необходимости создания новой среды обитания
людей» (Лернер, Петренко, 1999).
В рамках учебника невозможно рассмотреть достаточно подробно всю историю
освоения подземного пространства, поэтому в главе приведены только основные
моменты, иллюстрирующие изменения и прогресс этого направления человеческой
деятельности в процессе развития цивилизации. Более подробно с историей освоения
подземного пространства можно ознакомится в литературе, специально посвящённой этой
увлекательной исторической теме, например, (Шилин, 2005).
60
Литература.
а) основная литература
1. Абрамчук В.П., Власов С.Н., Мостков В.М. Подземные сооружения. – М.: ТИИМР, 2006.
2.Конюхов Д.С. Строительство городских подземных сооружений
мелкого заложения. Специальные работы. – М.: Архитектура-С, 2005.
3. Насонов И.Д., Ресин В.И., Шуплик М.Н., Федюкин В.А. Технология озведения подземных сооружений. – М.: Издательство Академии горных
наук, 1998.
б) дополнительная литература
3. Ивахнюк В.А. Строительство и проектирование подземных и заглублённых сооружений. – М.: АСВ, 1999.
4. Кочерженков В.В. Технология возведения подземных сооружений. –
М.: АСВ, 2000.
5. Мостков В.М., Орлов В.А., Степанов П.Д. и др. Подземные гидротехнические сооружения. Под ред. В.М. Мосткова. – М.: Высшая школа, 1986.
6. Смородинов М.И. Строительство заглублённых сооружений. Справочное пособие. – М.: Стройиздат, 1993.
7. Харитонов В.А. Подземные здания и сооружения промышленного и
гражданского назначения. – М.: АСВ, 2008.
61