Главная » Литература » Сооружения » Конюхов - Использование подземного пространства (2004)

Конюхов - Использование подземного пространства (2004)


Конюхов Д.С.

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

 

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

 

ПРЕДИСЛОВИЕ

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

 

ВВЕДЕНИЕ

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

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

строительство зданий и сооружений в условиях стеснённой городской застройки;

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

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

сохранение и восстановление уникальных объектов  ландшафтной архитектуры;

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

улучшение транспортного обслуживания, повышение  безопасности движения, снижение уличных шумов;

сокращение длины инженерных коммуникаций;

защита населения в периоды возможных природных и  техногенных аварий и катастроф.

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

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

Этого благоприятного влияния можно достичь за счёт:

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

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

— контроля за просадками дневной поверхности и их  предотвращение;

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

Среди большого количества объектов подземной  инфраструктуры существенная роль отводится системам и  сооружениям транспортного назначения. К их числу принято относить:

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

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

объекты, связанные с хранением и обслуживанием  автомобильного транспорта (гаражи для постоянного хранения  автотранспорта, гостевые автостоянки-паркинги);

многофункциональные, многоуровневые объекты и  комплексы различного назначения, взаимосвязанные с наземными  зданиями, а также сооружениями и устройствами транспортного  назначения с различными формами использования подземного  городского пространства (вокзалы, торговые центры, станции  метро и т.д.).

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

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

Комплексное использование подземного пространства  сдерживает дальнейший рост территорий крупных городов и  позволяет решать совместно градостроительные, транспортные,  инженерные и социальные проблемы, улучшать  архитектурно-планировочную структуру городов, освободить поверхность земли от многих сооружений вспомогательного характера, рационально использовать городские территории для жилищного  строительства, создать места отдыха горожан, улучшать  санитарно-гигиеническое состояние города, сохраняя архитектурные  памятники — эффективно размещать объекты инженерного  оборудования и т.д.

 

1. ИСТОРИЧЕСКИЙ ОБЗОР ИНЖЕНЕРНОГО ОСВОЕНИЯ ПОДЗЕМНОГО ПРОСТРАНСТВА

1.1. Краткий исторический обзор подземного строительства в мире

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

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

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

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

3) средневековье (V—XI вв.);

4) новое время (после XII вв.).

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

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

2. Западноевропейская. Занимает территорию Европы, стран Балтии, Северо-Западной 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 Бессарабию, Горный Крым и Кавказ. Для этой территории с глубокой древности характерно комплексное использование больших групп подземных объектов различного назначения: жилых, хозяйственных,  оборонительных, транспортных, культовых — входящих в пещерные города и подземные монастыри. На этой территории находятся широко известные в мире подземные города-монастыри (Каппадокия, Турция); большие подземные комплексы оборонительного 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 развитием горного дела,  наличием подземных цистерн, группами крупных подземных храмов с высеченными в скале архитектурными элементами —  колоннами, скульптурами и проч.

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

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

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

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

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

Предполагается, что вертикальные раструбы предназначались для улучшения освещения дневным светом. Около 300 года н.э. на территории современной Турции был построен тоннель, выполнявший одновременно функции  водопровода и подземного судоходного канала. При императоре Адриане 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 году. В 1925 году афинский водопровод был расширен и  реконструирован, вследствие чего старый римский тоннель продолжает  эксплуатироваться до сих пор.

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

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

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

В конце XV в. на территории Московского Кремля было  проложено несколько водопроводных тоннелей с обделкой из  каменной кладки. В XVI в., в период правления Ивана Грозного, в Москве велось активное подземное строительство. В частности, в 1657 году В. Азначеевым была предпринята попытка  строительства подводного тоннеля под р. Москвой. В XVII в. в Пскове и Великом Новгороде было проложено несколько подземных  ходов протяжённостью до 200 м с деревянным и каменным  креплением свода и стен.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Инженерами Барлоу и Трейтхедом в 1869 году был 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 является прообразом современных тоннелепроходческих щитов.

Важным этапом становления эпохи промышленного  тоннелестроения 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.

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

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

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

Значительно более грандиозный Симплонский тоннель  между Италией и Швейцарией, протяжённостью 19 780 м, был  построен в период с 1898 по 1906 годы. Значительная длина  сооружения заставила его проектировщиков отказаться от принятой для всех остальных альпийских тоннелей двухпутной схемы  движения и заменить её двумя параллельными однопутными  тоннелями, расположенными на расстоянии 17 м один от другого.

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

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

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

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

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

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

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

существующие горные выработки с расширением отдельных участков до необходимых размеров;

горизонтальные горные выработки внутри холмов или гор;

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

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

Говоря об истории подземного строительства, нельзя обойти вниманием такой немаловажный аспект, как строительство  подземных гидротехнических сооружений, отличающихся  наибольшей сложностью и трудоёмкостью по сравнению с  промышленными и гражданским объектами. Так, можно привести  следующее сопоставление: площади поперечного сечения камерных  выработок для машинных залов, уравнительных резервуаров и  распределительных устройств подземных ГЭС нередко превышают 1 000 м2, гидротехнических тоннелей — 200 м2, в то время как площадь поперечного сечения перегонных, тоннелей  метрополитена составляет 20—25 м2 [Мостков, Орлов, Степанов, 1986]. В качестве примера приведём проект подземного машинного зала Рогунской ГЭС (рис. 1.6). Подземный машинный зал Рогунской ГЭС длиной 320 м, шириной 27 м и высотой 64 м запроектирован на глубине 500 м от поверхности земли. В 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.

...


Архивариус Бизнес-планы Типовые серии Норм. документы Литература Технол. карты Программы Серии в DWG, XLS