CC BY
172. Lokki T.,(2019) «Finnish Music Quartly / Concert hall acoustics - but on whose terms?,» 31 Mar 2019. [Электронный ресурс]. URL: https://fmq.fi/articles/concert-hall-acoustics# (Дата обращения: 13.11.2020).
3. Rossing T. D., Springer Handbook of Acoustics 2nd edition, Stanford: Springer-Verlag Berlin Heidelberg , 2014.
4. Porschmann C., Arend J.M., Analyzing the Directivity Patterns of Human Speakers, DAGA 2020 Hannover, Hanover, 2020. [Электронный ресурс]. URL: https ://www. researchgate.net/publica-tion/343344151 (Дата обращения: 26.10.2021).
5. Christensen C.L., Koutsouris G.,Rindel J.H., The ISO 3382 parameters: Can we simulate them? Can we measure them?, International Symposium on Room Acoustics, Toronto, 2013. [Электронный ресурс]. URL: https ://www. researchgate.net/publica-tion/262976186 (Дата обращения: 26.10.2021).
6. ГОСТ Р ИСО 3382-1-2013. Акустика, Измерение акустических параметров помещений. Часть1. Зрительные залы.
7. Ahnert W., Schmidt W., Fundamentals to perform acoustical measurements, Appendix to EASERA [Электронный ресурс] URL: https://www.yumpu.com/en/document/read/3571572/f undamentals-to-do-acoustical-measurements-renkus-heinz (Дата обращения: 29.10.2021)
8. Свод Правил СП51.13330.2011 ЗАЩИТА ОТ ШУМА. Актуализированная редакция СНиП23-03-2003, Москва: Издание официальное, 2011. НИИСФ РААСН
9. Витрувий, Десять книг об архитектуре: Том I. Текст трактата / Витрувий; Перевод Ф. А. Петровского. — Москва: Издательство Всесоюзной Академии архитектуры, M [1936]. — 331 с., ил. — (Классики теории архитектуры / под общей редакцией А. Г. Габричевского).
ОСВОЕНИЯ ПОДЗЕМНОГО ПРОСТРАНСТВА НА ОСНОВАНИЯХ СЛОЖЕННЫХ ЗАТОРФОВАННЫМИ ГРУНТАМИ КАК РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМ УРБАНИЗАЦИИ ГОРОДОВ
Скуратова Т.М.
магистрант кафедры технологий, геотехники и экономики строительства, строительного факультета
Чувашского государственного университета имени И.Н. Ульянова»,
г. Чебоксары
DEVELOPMENT OF UNDERGROUND SPACE ON FOUNDATIONS OF PEATY SOILS AS A SOLUTION TO THE PROBLEMS OF URBANIZATION OF CITIES
Skuratova T.
Master student of the Department of Technologies, Geotechnics and Construction Economics, Faculty of
Civil Engineering,
Chuvash State University named after I.N. Ulyanov, Cheboksary
АННОТАЦИЯ
В статье рассматривается исследование освоения подземного пространства на основаниях сложенных заторфованными грунтами как решение проблем урбанизации городов. Рассмотрены отдельные вопросы освоения подземного пространства в городских условиях, рассматривается подземное пространство как ценный восстановительный георесурс мегаполиса, который может активно содействовать устойчивому развитию города.
Основной смысл освоения подземного пространства на основаниях сложенных заторфованными грунтами - экономия площади поверхности в пределах города. Этот прием реконструкции городских пространств используется в основном в зонах наиболее интенсивных транспортных потоков и пересечений, на территориях промышленных узлов и зон коммунально-складского назначения.
ABSTRACT
The article considers the study of the development of underground space on the basis of composite peat soils as a solution to the problems of urbanization of cities. Some issues of development of underground space in urban conditions are considered, underground space is considered as a valuable restorative georesource of the metropolis, which can actively contribute to the sustainable development of the city.
The main purpose of the development of underground space on the foundations of peat soils - saving surface area within the city. This method of reconstruction of urban spaces is used mainly in the areas of the most intensive traffic flows and intersections, in the areas of industrial hubs and areas of municipal warehousing.
Ключевые слова: город, подземное пространство, урбанизация, инфраструктура, подземные комплексы, архитектурно пространственная организация территории, сложенные заторфованные грунты.
Keywords: city, underground space, urbanization, infrastructure, underground complexes, architectural and spatial organization of the territory, stacked peat soils.
Постановка проблемы. Рост крупных городов является проявлением постоянных исторических закономерностей и ведет не только к увеличению их размеров, но и к существенному усложнению функционально пространственной организации. Решение ряда острых проблем, связанных с интенсивным ростом мегаполисов в последние десятилетия, может быть решен путем строительного освоения городского подземного пространства. Инструментами управления развития городов служат генеральные планы, планы капитального строительства, комплексные схемы транспорта, программы социально-экономического развития, а также мастер-планы развития подземной урбанистики, которые характеризуются стратегическим
видением долгосрочной перспективы освоения георесурса города.
Последнее может стать базовой научной методологии для решения территориальных, транспортных, энергетических, экологических и других городских проблем при минимальных технико-экономических рисках и рациональном использовании георесурса.
Актуальными для России исследования, включающие выявление преимуществ и недостатков использования подземного пространства города на основаниях сложенных заторфованными грунтами.
1)
рациональное использование наземной части земной поверхности (наличие в недрах земли полезных ископаемых, что приводит активное развитие подземного строительства);
2)
3)
возможность размещения объектов различного назначения в подземном пространстве, сохранение экологической чистоты, что позволяет уменьшить затраты энергии на отопление и охлаждение помещений, сократить эксплуатационные расходы по сравнению с альтернативными сооружениями на поверхности, снизить влияние климатических условий.
комплексное использование подземного пространства формирует градостроительные ансамбли с качественно новыми пространственно-эстетическими и экологическими характеристиками [1, 2].
Рис. 1 Положительные характеристики использования подземного пространства города на основаниях
сложенных заторфованными грунтами
В частности, к положительным характеристикам использования подземного пространства города на основаниях сложенных заторфованными грунтами относим характеристики приведенные на рис. 1.
К проблемным аспектам использования подземного пространства города на основаниях сложенных заторфованными грунтами можно отнести следующее (рис. 2).
1)
2)
3)
•нагрузка увеличивается на земельные ресурсы в городах. Совершенствование определенных технологий строительства, которые часто приводят к появлению многофункциональных объектов недвижимости со сложной архитектурой с освоенным подземным пространством.
•подземные объекты размещаются под поверхностью земли различных категорий с различным функциональным использованием.
•вертикальное зонирование возможно за счет допустимого повышения этажности на основе глубинно-пространственной организации всей системы объекта застройки включает в себя жилой фонд и всю необходимую социально-производственную и инженерную инфраструктуру, создаваемую на подземном уровне.
Рис. 2 Проблемные аспекты использования подземного пространства города на основаниях сложенных
заторфованными грунтами
Учитывая опыт предыдущих научных исследований, следует отметить, что изучение этого вопроса начинается со времен Древней Греции. Одним из первых урбанистов, который ввел в научный оборот понятие «синойкизм» (synokismos), был древнегреческий деятель Константинос Доксиадес. Он говорил так область знаний, которая изучает все формы человеческих поселений и объединяет общий рост близлежащих общин. Аристотель под словом «синойкизм» понимал активный социальный и пространственный процесс, связанный с возникновением политической и культурной конфедерации вокруг особого территориального центра [4].
Главная цель исследования заключается в определении способов использования объектов
подземного пространства города на основаниях сложенных заторфованными грунтами. Город может успешно функционировать только в том случае, когда он устроен системно и состоит из различных по назначению частей, которые дополняют друг друга. Все функциональные части города соединены общностью ресурсной базы, которой располагает городская территория, участвуют в формировании городской среды.
«Вертикальное зонирование» города можно регулировать на основе использования «слоистой» модели. Существует 5 классов использования подземного пространства города на основаниях сложенных заторфованными грунтами (рис. 3):
5-й класс
Рис. 3 Классы использования подземного пространства города на основаниях сложенных
заторфованными грунтами
Поскольку вертикальное зонирование более сложное, чем горизонтальное, оно требует учета геологических, топографических и других условий, обеспечение связи подземных сооружений с наземными постройками и сооружениями и другими объектами.
На развитие подземной урбанистики влияет растущий дефицит свободных городских территорий и особенности пространственной организации подземных сооружений. В отличие от традиционной наземной застройки, подземные сооружения не нуждаются в разрывах между собой, поэтому могут распространяться на большие площади. Все это влияет на эффективность их использования.
Сооружения подземного пространства городов - это станции метрополитена, подземные переходы и тоннели, гаражи, горные выработки, подвальные и другие помещения, которые могут быть использованы для защиты населения в случае возникновения чрезвычайных ситуаций техногенного и природного характера и в особый период.
В странах Европы и других странах, в частности в Англии, Италии, Франции, Швеции, Норвегии, Японии, Китае, США, подземное пространство интенсивно развивается и уже накоплен значительный опыт по строительству подземных объектов различной сложности [1].
Создаются многоуровневые и многофункциональные объекты с максимальным размещением их по вертикали. Распространено комплексное использование подземного пространства в соответствии с генеральными планами развития городов.
Анализ исторического и современного опыта проектирования и строительства подземных сооружений, торгово-развлекательных комплексов позволил выявить их эволюцию формирования в структуре города. Рассматривая организацию данных подземных пространств в различных социально-экономических условиях, можно подчеркнуть, что на основных этапах своего развития они способствовали объединению предприятий и учреждений в единую архитектурно-пространственную структуру, обеспечивали информирование, распределение и бытовое обслуживание населения [3].
Значительные возможности по решению проблем современных мегаполисов нуждаются в развитии подземной урбанистики, основанной на создании масштабной инженерной инфраструктуры путем размещения в подземном пространстве города многочисленных объектов транспортного, энергетического, хозяйственного, коммунального и социального назначения. При этом эффективно спланирована и правильно эксплуатируемая подземная инфраструктура повышает качество жизни, энергетическую эффективность и экологическую безопасность в большей степени, чем аналогичная система на поверхности. Подземная урбанистика, которая является неотъемлемой составляющей современного мегаполиса, уже вышла за пределы отдельных локальных объектов и становится системным фактором развития городов [2]. Необходимость учета рисков различной природы,
соответствующей городской политики, планирования и управления развитием мегаполисов обусловливает необходимость опираться на надежный научно-методический фундамент, основанный на системном подходе к освоению подземного пространства.
Подземные объекты обычно проектируются в условиях неполной информации о геологической среды и техногенные воздействия, поскольку подвергаются воздействию большого количества факторов. Точное установление их параметров и характера взаимовлияния не представляется возможным на проектном этапе.
Среди попыток дать научно-практическое обеспечение этим потребностям отметим методику типизации геологической среды, которая учитывает изменчивость свойств не только поверхностного слоя исследовательской территории (является насущной необходимостью для планирования наземного строительства), но и всей толще геологической среды [3]. Под типизацией геологической среды следует понимать выделение таких его зон, которые характеризуются различными условиями протекания геологических и техногенных процессов и имеют различную способность реагировать на инженерно-хозяйственное освоение территории, раскрывается спецификой взаимодействия между геологической средой и искусственными элементами (сооружениями). Перспективным является применение метода Монте-Карло, который дополняет принятые компьютерные модели для более точной оценки вероятностной природы факторов воздействия при типизации городских территорий для подземного строительства [4]. Однако методика типизации требует тщательных инженерно-геологических исследований выделенных территорий (скважинные и геофизические методы), финансовое обеспечение которых возможно только при разработке конкретных проектов.
А для инвесторов очень важно иметь предварительную (даже общую) информацию относительно ожидаемых рисков строительства на различных участках городского подземного пространства. Эффективной методологии для этих задач в условиях сложных систем с наличием много- факторных рисков различной природы выступает системный анализ. Применение системного подхода находило различные реализации для планирования поверхностной застройки крупных городов, однако для подземной урбанистики не шло дальше общей постановки задач и анализа методов исследований [1, 5].
На современном этапе наблюдается значительное развитие подземного пространства городов. К сожалению, в градостроительной практике и в процессе строительства подземных сооружений существуют случаи негативного вмешательства человека в окружающую среду. Интенсивное хаотичное и бессистемное освоение подземного пространства может наносить непоправимый вред окружающей среде. Важное рациональное использование наземной части городской территории, желательно осуществления структурно-функционального анализа
данной проблемы и использования системного подхода.
Наиболее целесообразной для планирования современных мегаполисов авторам видится комплексная естественно-техническая система «геоурбанистики - геологическая среда», которая охватывает всю сложность и разнообразие взаимоотношений технических и природных факторов развития геоурбанистики мегаполиса [4]. В общем определении, геологическую среду охватывает часть пространства, занятого геологическими телами, которые сверху ограничиваются дневной поверхностью, а снизу - поверхностью, отделяет породы изменены по любым параметром состава, физико-механических, химических и других свойств в результате прямых и косвенных воздействий деятельности человека от таких, которые не подверглись этих изменений [5].
Характерной чертой геологической среды мегаполиса является то, что в этом пространстве природные геологические образования частично заменены наземными и подземными сооружениями и антропогенными накоплениями.
Инженерно-геологические процессы, которые здесь протекают, подчиняются как естественным так и техногенных факторам.
Геологическая среда урбанизированной территории растет путем углубления инженерных сооружений и образования подземных комплексов, характеризуется перемещением грунтовых масс и созданием новых геологических условий [4].
Для оценки благоприятности геологической среды урбанизированных территорий к строительству комплексов подземных сооружений целесообразно разработать методику его типизации и районирования, которая в отличие от существующих [2] рассматривала бы изменчивость свойств не только поверхностного слоя на выделенной территории (является насущной необходимостью для планирования наземного строительства), но и всей толще геологической среды. Важно учитывать техногенных воздействий [1], причем среди большого их разнообразия необходимо выбрать наиболее влиятельные факторы на геологическую среду и городские подземные сооружения.
Для оценки благоприятности геологической среды урбанизированных территорий к строительству комплексов подземных сооружений разработана новая методика типизации, ориентированная на освоение подземного пространства [5].
В частности, выделены природные факторы: геологическое строение (возраст горных пород, их происхождение, состав, строение, происхождение и закономерности пространственного размещения осадков, тектонические нарушения формы первичного залегания горных пород) морфологию рельефа (очертания, размеры, строение элементов рельефа) характеристика почв и горных пород (в частности, их минералогический и петрографический состав) физические свойства горных пород, в частности, механические характеристики и гидрофильно -гидрофобный баланс поверхности, водонисиченисть,
водопоглощение; порушенисть массива (трещино-ватость, пористость)
Геодинамическая (тектоническая) обстановка; гидродинамические условия (определяются глубинными и поверхностными гидрогеологическими факторами питания). В разработанной классификации техногенных воздействий на геологическую среду выделены наиболее значимые: статическая нагрузка (что определяется плотностью застройки и этажности сооружений); динамические воздействия (определяются характеристикой транспорта, промышленными воздействиями, наличием взрывных работ) фактор подземных сооружений и их характеристики (в частности, конструкция, пространственные размеры) фактор геобу- градостроительных работ; наличие и масштаб гидротехнических (например, дамбы, плотины) и теплотехнических сооружений (ТЭС, ГРЭС) сооружений; наличие и характеристики техногенных месторождений, хранилищ вторичных ресурсов (терриконы, отвалы, хвостохранилища, шламонакопители).
Разработана классификация обусловливает возможность системного мониторинга эволюции геологической среды в пределах города, урбанизированных районов. В частности, выделяют зоны, характерные отличными условиями протекания геологических процессов, условиями развития тех-ногенеза.
Прослеживается специфика взаимодействия природных и техногенных факторов воздействия на геологическую среду. Выделение этих зон осуществляется по сумме баллов, которыми оценивают указанные факторы влияния. Такая методика является универсальной, так как сочетает влияние природных и техногенных факторов на геологическую среду с целью оценки благоприятности их подземном строительству. Остановимся на применении предложенной методики.
Показатели основных факторов будем оценивать в баллах (рейтингом) от 1 до 4 (чем лучше условия, тем меньше балл) в соответствии с качественных состояний геологической среды:
4 балла - геологическая среда неблагоприятна для подземного строительства (на большей части трассы или места расположения сооружения наблюдаются угрожающие влияния естественных и техногенных факторов, или само строительство угрожает важным объектам на поверхности провоцирует опасные геологические процессы);
3 балла - недостаточно благоприятное (часть подземной выработки попадает на опасный участок, требующий специальных способов ее сооружения и дополнительных затрат);
2 балла - благоприятное (отсутствуют наиболее угрожающие влияния и опасные явления, а уровень строительных и эксплуатационных расходов приближен к среднему значению);
1 балл - весьма благоприятное (значительная скорость и экономичность проведения выработки, минимальные затраты на крепление и поддержание сооружения).
Из выделенных качественных состояний только первый исключает целесообразность подземного строительства и нуждается в «обхода» неблагоприятной участки по бокам или с глубины или значительных материальных затрат на улучшение условий строительства, техническую и экономическую целесообразность которых надо вычислять отдельно. Все остальные предусматривают возможность освоения подземного пространства на рассматриваемой территории, но с разными экономическими показателями строительства и различными рисками по проектных ошибок первого и второго рода. Введен впервые для подобных исследований состояние наибольшего благоприятствования (балл равен единице) позволит предотвратить проектным ошибкам первого рода, когда
При проведении типизации и визуализации его результатов использовался геоинформационный подход, который предусматривал создание в геоинформационных системе банка данных природных и техногенных факторов. Исходя из того, что фактографическая геологическая информация неразрывно связана с пространственным положением того или иного геологического объекта, банк данных основан на нескольких базовых модулях, один из которых - географическая информационная система (ГИС) на базе программного продукта MapInfo, Excel и база данных научно-технической информации. В MapInfo для хранения и представления географических данных (векторных и растровых) используется объектно реляционная модель данных, названная базой геоданных (БГД). Структура базы геоданных (наборы классов объектов, классы пространственных объектов, топология и благоприятные условия ошибочно считают неблагоприятными, что ведет к неоправданному увеличению материалоемкости крепления, закладывает более мощные и энергоемкие проходческие средства чем нужно. При типичном прогнозном оперировании только двумя, или даже тремя состояниями предотвратить ошибку первого рода удавалось не всегда.
Там, где есть возможность количественной оценки фактора воздействия (например, фактор механической прочности пород или плотности застройки), общие границы возможного изменения количественных характеристик параметра разбиваются на диапазоны в соответствии с выделенными состояний, которым присваивается соответствующий балл. При этом целесообразно использовать существующие стандарты, нормативные документы, классификации состояний породных массивов и др. Там где отсутствует возможность количественной характеристики фактора, декларируется
отсутствие или проявление наличии его влияния, а решение о благоприятности той или иной альтернативы определяется путем экспертной оценки.
Чем большее количество факторов влияния удастся рассмотреть, тем более обоснованную оценку потенциала инженерно-геологического освоения подземного пространства будет получено. Суммарные диапазоны баллов характеризует то или иное состояние благоприятности с учетом количества факторов.
Способность породного массива надежно защищать людей от опасных внешних воздействий позволила широко использовать подземные сооружения как защитные объекты от средств массового поражения, стихийных бедствий и техногенных катастроф.
Основной современной тенденцией освоения подземного пространства является комплексное развитие с образованием больших подземных объектов (Монреаль, Торонто, Токио, Осака), причем многофункциональные подземные комплексы сочетаются сетью транспортно-пешеходных тоннелей между собой и домами на поверхности.
Планируется и новый подход - создание «небоскребов - наоборот», где помимо хозяйственных и структурных подземных объектов будут иметь место жилые комплексы.
Другой важной тенденцией является рост уровня планирования и системности освоения подземных территорий, объединение их в «подземный город» (примеры - Хельсинки, Токио и др.), Чему предшествует разработка стратегических мастер-планов развития подземной урбанистики.
Литература
1. Голубев Г.Е. Подземная урбанистика и город / Г.Е. Голубев. - М.: МИКХиС, 2005. - 124 с.
2. Картозия Б.А. Освоение подземного пространства крупных городов. Новые тенденции/ Б.А. Картозия// Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). - 2015. -№ 1. - С. 615 - 629.
3. Пономарев А.Б. Подземное строительство: учеб. пособие / А.Б. Пономарев, Ю.Л. Винников. -Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехи. унта, 2014 - 262 с.
4. Теличенко В.И. Современные технологии комплексного освоения подземного пространства мегаполисов / В.И. Теличенко [и др.]. - М.: Изд-во АСВ, 2010.
5. Underground Engineering for Sustainble Urban Development/ P.H. Gilbert and others. - Washington: The National Academies Press, 2013. - 230 p.
