Подземные этажи города

Во всем мире, в том числе и в нашей стране, внимательно изучают проблемы, связанные с развитием и ростом городов: как помочь людям быстрее преодолевать растущие расстояния, как лучше защитить квартиры от шума, а человека – от стрессовых нагрузок и т.д.? Как впредь развиваться городам?

Сегодня пробки на главной магистрали Северной столицы можно наблюдать не только в часы «пик». Источник:  paperpaper.ru

Многие крупные города уже исчерпали возможности роста вширь

Такой путь развития становится неэкономичным: обостряется транспортная ситуация, возникает необходимость создания дополнительных дорогостоящих культурных торговых центров и т.д. Выход видится в высотном строительстве. Крупные города растут ввысь. Сооруженные на нашей памяти двух-, трех-, пятиэтажные дома сегодня стали явно нерентабельными в эксплуатации.

И если прежде высотные дома в столице были в некоем роде зданиями-символами, их воздвигали не столько с целью удовлетворения потребностей в жилье, сколько для того, чтобы придать Москве особый архитектурный облик, выразить идею могущества государства, одержавшую великую победу, то теперь возведение зданий повышенной этажности – объективная необходимость, преследующая цели экономии дорогостоящей городской площади, сокращения затрат на прокладку коммуникаций.

Строительство лондонского метрополитена XIX век

Тенденция развития городов ввысь тоже имеет свои пределы

Прежде всего, ограничены в этом отношении инженерные возможности. Определенный предел числу этажей могут продиктовать свойства грунтов основания, ветровые нагрузки, климат. С какого-то уровня вступает в силу и такой фактор, как высотобоязнь, свойственная многим людям. Но в обозримом будущем тенденция роста зданий ввысь, безусловно, сохранится.

Вместе с тем в любом городе есть различные службы, которые не нуждаются в «высотном расположении». Речь идет об энергетическом хозяйстве, складах, хозяйственно-административных помещениях с различными пультами управления. Многое из перечисленного можно без вреда расположить ниже уровня поверхности земли. Первая трасса метрополитена, как известно, появилась в Лондоне, и располагалась неглубоко.

Тем не менее, наверное, нелегко было доказать, что эту транспортную линию следует поместить под землей. А сегодня расположение метрополитена даже не глубине 60-80 метров воспринимается совершенно нормально. Горожане спускаются под землю, чтобы попасть из одного района в другой, и этот процесс ни у кого не вызывает отрицательных эмоций. Все более очевидным становится тот факт, что у городов имеется резерв пространства под землей, что его необходимо осваивать для размещения многих наземных служб. К сожалению, само освоение подземного пространства ведут зачастую хаотично и некомплексно, без перспективных проработок.

Развитие подземного пространства под площадью Восстания в Санкт-Петербурге, нереализованный проект 2007-2008 годов. Источник: cre.ru

Существует лишь стройная система сооружения коллекторных тоннелей, устройство различных коммуникаций в пределах жилого поселка, или района все чаще централизуется. В одном и том же коллекторе располагают различные кабельные линии, теплотрассы, водопровод. И подземные сооружения становятся универсальными. За последние годы во многих наших городах, таким образом, переустроены системы подземных коммуникаций, сооружены крупные коллекторы для сточных вод. Такие инженерные решения резко улучшают возможности эксплуатации и ремонта.

Итак, подземное строительство глубиной 6-8 метров – своеобразный «минус-первый» этаж – сегодня осваивается достаточно интенсивно, чего не скажешь о следующем —  втором этаже – пространстве глубиной 15-20 метров. Пока оно пустует.

Между тем именно этот этаж должен сыграть важную роль в решении транспортных проблем большого города, особенно если его центральная часть насыщена ценными историко-архитектурными сооружениями. О чем же идет речь? Если вы сегодня захотите поехать по Санкт-Петербургу из района в район, которые расположены не очень близко к центру и в то же время не на окраине, то на этот путь при наличии автомобиля понадобится не менее часа, а в «пиковое» время еще больше. И какую бы скорость в разрешенных пределах , разумеется, вы бы ни развивали, вам постоянно будут мешать светофоры, заторы, необходимость замедлять ход на перекрестках.

В Ленинграде еще в 80-е годы по данным Госавтоинспекции, имелось около 60 участков, чаще всего пересечений, где в часы «пик» простои автомашин достигают в общей сложности 20-30 минут.  
В конце 1980-х годов Главное Архитектурно-планировочное управление Ленинграда совместно с различными организациями выявили условно-пропускную способность всех мало-мальски значимых городских улиц, проспектов, проездов. Эти данные сопоставили с прогнозируемыми на 2000 год масштабами движения пассажирского и грузового транспорта.

Обнаружилось, что к этому времени в городе будет уже не 60, а 130 участков, которые станут грозить значительной задержкой движению, особенно в часы «пик». Даже после установки дополнительных светофоров, организации движения по принципу «зеленой волны» проблема не будет решена. Причем в отличие от предыдущих 60 участков – в основании перекрестков – непроезжими станут участки улиц на протяжении нескольких кварталов.

Словом, в тех городах, центр которых протянулся на 10-15 километров поперечнике, пропуск больших транспортных потоков становится все более затруднительным.

Впрочем, если центральная часть города малоинтересна в историко-архитектурном плане, можно расширить улицы и проспекты, проложить скоростные магистрали. А как быть с центральной частью в Санкт-Петербурге или, скажем, во Львове, Риге, Таллине? Остановить движение через центр Петербурга невозможно – город был и остается крупным транспортным узлом. Нереальна и такая мера: оставить частные машины у границ центра и дальше следовать общественным транспортом.

В этом случае городу потребуется очень много дополнительных транспортных средств, обладающих к тому же достаточно высокими скоростями движения. С  подобными проблемами сталкиваются в различных странах, особенно в Западной Европе, и решают их по-разному.

Kомплекс подземных сооружений на Kарлсплац, город Mюнхен, Германия (фото сайта dic.academic.ru)

Довольно часто, например, сооружают дорогостоящие многоярусные развязки и эстакады. Но эксплуатация этих сооружений, подверженных атмосферным воздействиям, обходится дорого. Кроме того, развязки и эстакады в некотором роде способствуют загрязнению окружающей среды, «снабжая» атмосферу отработанными газами, а почву – масляными отбросами. Добавим к этому и повышенный шум транспортного потока на эстакаде. Наконец, любое подобное сооружение нередко наносит ущерб окружающей архитектурной панораме или пейзажу.

Вот тут-то и напрашивается решение спуститься вниз, на второй этаж, и освоить для транспортных целей пространство. По генеральному плану развития Ленинграда 1979 года, как раз на этом этапе предусматривалось устроить протяженные транспортные тоннели, предназначенные для автомобилей, а также для трамваев и троллейбусов.

Научные и проектные исследования в этом направлении выполняются в начале 70-х годов с участием специалистов Главного архитектурно-планировочного управления Ленинградского научно-исследовательского и проектного института «Ленгипростроймост», ЛИИЖТА (ныне ПГУПСа) и других и организаций.

Подобный проект освоения подземного пространства был ранее разработан и для Москвы

Инженерно-технические критерии подхода к проблеме для одного и другого города примерно одинаковы. В столице подземное пространство тоже разделено на три этаж: верхний – для городского коммунального хозяйства, средний – для транспортных тоннелей значительной протяженности, и нижний – для метрополитена.

По такому пути, кстати, смело пошли в Париже, где уже построено несколько протяженных подземных магистралей. Именно магистралей – с асфальтовым покрытием, искусственным освещением. Они как бы дублируют наземные маршруты, но отличаются от них своим весьма скоростным  режимом движения, ибо здесь нет светофоров, отсутствуют пересечения и, естественно, исключены случаи наезда на людей. Например, под бульваром Мальшерб проложен транспортный тоннель длиной около 6 километров. В тоннелях устраивают выезды местного значения с выходом в крайние левую и правую полосы уличного движения.

Но одно следует подчеркнуть еще раз. Подземные тоннели должны быть достаточно протяженными, в этом, собственно говоря, и заключается их смысл, ибо тем самым резко уменьшаются транспортные нагрузки. К примеру, на участке с четырьмя перекрестками устройство отдельных развязок для каждого пересечения не принесет должного эффекта – между ними возникнут заторы. Куда легче и дешевле проложить под участком с перекрестками протяженный тоннель, который сразу же решит проблему. Сама же прокладка тоннелей с точки зрения технологии, достаточно хорошо отработана. Такие тоннели сооружают тремя способами.

Один из них – «стена в грунте» — заключается в том, что в узкой глубокой траншее как в земляной опалубке, воздвигается бетонная стена (см. рис. 1). Напротив, на некотором расстоянии – другая. Затем между стенами извлекают грунт, укладывают нижнюю часть тоннеля – лоток и верхнюю – перекрытие. При пересечении рек весьма перспективен следующий способ: на дне разрабатывают траншею, по воде доставляют готовые тоннельные секции, их опускают под воду, укладывают в траншею и  стыкуют. Наконец там, где трасса находится вблизи каких-то зданий или пересекает железнодорожную насыпь, используют способ продавливания. Секции под действием домкратов как бы протыкают толщу грунта.

Особенно перспективен (при  глубине заложения тоннеля 10 метров и ниже) способ «стена в грунте», когда с помощью специального грейфера разрабатывают напротив друг друга две узкие глубокие траншеи, каждая шириной до 1,8 метра. По мере продвижения в глубину их заполняют до верха тяжелым глинистым раствором, который удерживает земляные стенки от обрушения.

В раствор вводят специальные добавки, которые препятствуют сцеплению породы с глиной, поэтому раствор легко освобождается от земли. Когда траншеи с бетонными стенками достигнут водоупорного слоя, пространство между ними как бы отсекается от поступления влаги извне. Немаловажно и то, что часть глинистого раствора остается на поверхности бетонных стенок. Этот раствор высыхает, тем самым образуя между бетоном и грунтом плотный слой надежной гидроизоляции.

Метод «Стена в грунте», ООО «ГЕОИЗОЛКРЫМ»

Итак, две стены опускают до водоупорного слоя, причем часто до глубины 25-30 метров. Высота же тоннеля редко превышает 10 метров. Следовательно, между перекрытием тоннеля и поверхностью земли остается обширное пространство, которое было бы нелепо и комично оставить неипользованным.

Можно, например, избрать следующий путь: на уровне земли устроить еще одно перекрытие и пустить по нему транспорт или поставить на перекрытия какие-либо здания. А в подземном пространстве между перекрытием и крышей тоннеля разместить гаражи, кинотеатры, торговые залы, библиотеки, книгохранилища, склады которые сегодня занимают огромные площади на поверхности земли.

В  «Проекте планировочной организации и освоения подземного пространства города Ленинграда» 1979 года уже были намечены подобные подземные трассы, например, юго-западный диаметр. Он берет начало от прибрежной линии в районе Сестрорецка, далее следует частично по эстакаде в районы близ залива, затем в наземном варианте выходит на Васильевский остров и недалеко от Горного института там, где расположена 23-я линия, спускается в подводный тоннель и проходит под территорией промышленных предприятий, а в районе Митрофаньевского шоссе снова выходит на поверхность.

Трасса дублера Кировского проспекта в районе Марсова поля опустится в подводный тоннель и всю Петроградскую сторону пересечет в подземном варианте, в районе же Новой деревни на подступах к комендантскому аэродрому выйдет на поверхность.

Принципиальное решение по освоению подземного пространства Сенной площади КБ «ВиПС», нереализованный проект (фото сайта kbvips.ru)

Здесь сочетаются: глубинный вариант (до отметки 20 метров ниже уровня земли), затем подземная часть, расположенная относительно неглубоко, местные выходы на поверхность и, наконец, переход к наземной части.

И для того, чтобы с Охты проехать на Васильевский остров, уже не понадобится петлять по улицам и перекресткам. В каком-то месте автомобиль спустится к подземной магистрали, вольется в транспортный поток и помчится со скоростью 90 км/час, в считаные минут достигнув нужного места, а затем выйдет на поверхность.

Конечно же, проезд по тоннелю окажется значительно более комфортным, чем следование через центр по улицам. Для транспортно-городских перевозок подземные трассы – идеальный вариант. Наконец, тоннели перспективны и в том, что, какие бы ни появлялись новые двигатели и виды энергии, полотно подземной дороги останется одним и тем же, нужным во все времена.

Такой подход практически разгрузит центр, альтернативы для Петербурга и других крупных городов, по сути дела, не существует.  Но, к сожалению, до сих пор к освоению подземного пространства относятся, как к делу слишком уж дорогостоящему.

Действительно, до какого-то времени строительство тоннелей обходилось значительно дороже, чем, скажем, возведение эстакады или моста. Но технология подземных работ совершенствовалась, появились различные эффективные механизмы, и сегодня тоннели успешно конкурируют по стоимости с наземными сооружениями. Однако при всем при том не следует слишком упрощать ситуацию – стоимость сооружения эстакады, моста или тоннеля оказывается равнозначной, но эта стоимость сама по себе, для каждого из трех вариантов, остается достаточно высокой. Сегодня она определяется достаточно точно, чего, к сожалению, не скажешь об окупаемости – механизм такого же точного подсчета для нее пока не создан.

Реализованый проект второй сцены Мариинского театра включает 7 надземных и 3 подземных этажа, КБ «ВиПС» (фото сайта kbvips.ru)

В самом деле, совсем не сложно определить, во что обойдется строительство транспортного тоннеля высотой 10 метров  и шириной 30-40 метров с 6-ю полосами движения. Очевидно и то, что стоимость строительства окажется значительной. Но значительными окажутся и те выгоды, которые принесет тоннель, — будут обеспечены повышенная скорость движения по городу и быстрая доставка людей из района в район, выиграет экологическая сторона – все вредные выбросы транспортных средств несложно собрать в пространстве тоннеля, а затем их использовать или ликвидировать.

Что же касается непосредственного подсчета выгоды, то он пока сводится лишь к чисто утилитарному сокращению времени, в том смысле, что сегодня мы тратим при езде по центру столько-то минут, а будем тратить во столько-то раз меньше. Конечно, экономия времени тоже стоит немалых денег. Кроме того пока нет способа точно выяснить экологический результат, а также разницу психологических нагрузках, когда при езде по центральным улицам приходится без конца тормозить и останавливаться, чего, естественно, не будет в тоннелях.

Не подсчитывается и выигрыш от сокращения расхода бензина, уменьшенного износа тормозных колодок и т.д. Со временем, наверное, появится стройная система экономической оценки подземных трасс, во всяком случае, нужда в такой системе очень велика. Среди других проблем, которые требуют решения – создание методики расчета загрузки будущих тоннелей, выбор оптимальных направлений, определение мест подхода второстепенных магистралей к тоннелю и выходов из него.

Проект Орловского тоннеля

Устройство подземных магистралей связано с вскрытием и перекладкой коммуникаций. Это весьма трудоемкие и длительные операции. Но вместе с тем в ходе строительства появляется возможность упорядочить систему коммуникаций и обеспечить к ним доступ для ремонта и профилактики, то есть получить определенную выгоду.

Подобные проблемы сейчас исследуют в самых разных аспектах с обязательным экономическим обоснованием. Петербургские ученые работают над созданием математической модели, в которую предполагают ввести данные о транспортных потоках, зонах тяготения тех или иных видов транспорта к определенным участкам будущего тоннеля.

Скорость автомобилей, рассчитанная на 100-150 км/час, снижается в центре крупных городов в «часы пик» до 10-15 км/час. Иными словами, машину троллейбус и автобус – перенеси мы их в прошлый век – легко обогнала бы карета, запряженная парой лошадей. Ведь конный транспорт двигался со скоростью около 18, 5 км/час.

Предстоит  решать и такую задачу – какими должны быть отдельные участки тоннеля (степени их заглубления, протяженность), каким образом их лучше, полнее загрузить. Результаты решения этих задач позволят перейти к расчетам поперечных сечений тоннелей, определить оптимальное число полос на тех или иных участках, определить точки местных выходов и обосновать их целесообразность, рассчитать число полос, движение на этих выходах. Словом, пространство под городами привлекает все большее внимание архитекторов и строителей и, безусловно, со временем будет осваиваться интенсивнее.

градостроительное планирование, транспортная инфраструктура, подземный город, социальная инфраструктура