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
Введение

1. Исторический обзор инженерного освоения подземного пространства
1.1. Краткий исторический обзор подземного строительства в мире
1.2. Освоение подземного пространства на территории России и стран СНГ
1.3. Подземное строительство в Москве

2. Объемно-планировочные решения подземных сооружений
2.1. Классификации подземных сооружений
2.2. Подземные сооружения транспортного назначения
2.3. Подземные сооружения общественного назначения
2.4. Подземные сооружения в промышленности
2.5. Сооружения энергетики
2.6. Подземные хранилища
2.7. Инженерные сооружения
2.8. Сооружения специального назначения
2.9. Другие подходы к использованию подземного пространства
2.10. Комплексное использование подземного пространства

3. Современные архитектурные и конструктивные решения подземных сооружений

4. Взаимодействие подземного объекта с окружающей природной средой

5. Повторное использование подземных сооружений и отработанных горных выработок

6. Надежность и долговечность подземных сооружений
6.1. Аварийные ситуации при строительстве и эксплуатации подземных сооружений
6.2. Основные виды рисков в подземном строительстве
6.3. Надёжность и долговечность подземных сооружений

Заключение
Литература

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 653500 «Строительство» (специальности: 290300 «Промышленное и гражданское строительство», 291400 «Проектирование зданий») и бакалавров по направлению 550100 «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 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 [Использованы данные официального интернет-сайта правительства Москвы www.mos.ru]. 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. 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.