CC BY
46
© В.Н. Макишин, 2013
УЛК 622.22.272: 622.016 В.Н. Макишин
ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТЬ ОСВОЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ПРОСТРАНСТВ МЕГАПОЛИСОВ*
Показана целесообразность подземного строительства в мегаполисах и основные направления его развития. Показана целесообразность строительства подземных сооружений в нагорной части массивов городов с гористым рельефом. Рассмотрен вариант формирования трехуровневой транспортной системы.
Ключевые слова: подземное строительство, транспортные системы, тоннели, терминалы, техногенное пространство
В настоящее время ситуация с увеличением территорий для проживания и хозяйственной деятельности человека становится все более напряженной. Большинство из крупных городов уже исчерпали возможности своего расширения. Этажность городов так же достигла критической величины. Увеличение плотности транспортных потоков в городах в последнее время приводит к снижению средней скорости движения, что негативно сказывается на социальной и хозяйственной деятельности. Наиболее сложная ситуация складывается в крупных городах с историческими центрами, в которых увеличение ширины проезжей части автодорог, создание автопарковок является невозможной вследствие плотной застройки. Расширение автодорог за счет пешеходной зоны, изменение схем движения транспорта, реорганизация общественного транспорта проблемы в целом не решают.
Поэтому наиболее перспективным представляется освоение подземного пространства, позволяющего в значительной мере улучшить условия проживания людей путем переноса в него транспортных коммуникаций, промышленных, хозяйственных и социально-культурных объектов.
*Работа написана при поддержке Гранта Минобрнауки РФ №7.8652.2013 в рамках Государственного задания.
Освоение подземного пространства и размещение в подземных условиях объектов социально-культурной сферы и промышленного назначения становятся все более приоритетными. Крупные подземные центры созданы в мегаполисах многих стран. Подземные пространства в большинстве случаев представляют собой комплексы транспортных и камерных выработок, конструктивно и логистически связанными с наземными транспортными системами и сооружениями. В Торонто (Канада) построен крупнейший в мире подземный комплекс, объединяющий деловые центры, жилые комплексы, станции метро, вокзалы и социально-культурные объекты. Его площадь 371,6 тыс. м3. Подземный город в Монреале (Канада) представляет собой пешеходную сеть протяженностью около 32 км, связывающую между собой 10 станций метро, две железнодорожные станции, два автобусных терминала и более 60 зданий. Под площадью Центрального вокзала Токио (Япония) расположен крупнейший подземный комплекс, который каждый месяц посещают 8-10 млн человек [1].
Для обеспечения г. Хельсинки (Финляндия) построен тоннель для подачи технической воды. Он имеет длину 120 км, поперечное сечение 15,5 м2 и является самым длинным тоннелем в мире. При этом суммарная протяженность технологических тоннелей города превышает 200 км. Общая площадь освоенного подземного пространства Хельсинки в 2011 году оценивалась в более чем 9 миллионов квадратных метров [1, 2].
Следует отметить, что для мегаполисов, расположенных в сложных условиях пересеченной местности, освоение подземного пространства имеет особенно актуальное значение, что определено особенностями их застройки, районированием по условиям рельефа, развитостью транспортных сетей.
Прочные породы, достаточно высокая несущая способность грунтов, значительные превышения рельефа местности, от нескольких десятков до сотен метров, предполагают строительство подземных объектов в нагорной части вмещающего массива.
Примером такого строительства может служить подземный комплекс г. Драммен (Норвегия), который был создан в процессе освоения техногенного подземного пространства пред-
приятия по добыче строительных материалов. Комплекс состоит из автомобильного спирального тоннеля, вертикального ствола и камерных выработок, в которых размещены театрально-концертный зал, молодежный клуб, водный бассейн, гаражи, склады и другие культурные и хозяйственные объекты. Суммарный объем выработок превышает 200 тыс. м3. Разность высотных отметок, в пределах которых осуществлено строительство, составляет 170 м [3].
В этом отношении г. Владивосток имеет значительные перспективы для подземного строительства. Разность высотных отметок в пределах города 200-250 м. С учетом рельефа местности и исходя из опыта подземного строительства скандинавских стран, можно сделать вывод о том, что ресурс подземного строительства только нагорной части г. Владивостока оценивается примерно в 5 млн м3.
Городская застройка в значительном диапазоне высотных отметок обусловливает наличие автодорог с уклонами, близкими к предельным. Частые изменения уклонов на сравнительно незначительных по протяженности участках трасс, крутые повороты, наличие в транспортных потоках большегрузного транспорта резко снижают скорость движения, повышают аварийность на дорогах, сокращают срок эксплуатации дорожных покрытий. Дополнительные осложнения в зимний период создают даже незначительные по интенсивности атмосферные осадки, особенно гололедные явления. На отдельных участках трасс с предельными уклонами движение в сложных погодных условиях может быть запрещено, что дополнительно ухудшает общую ситуацию.
Поэтому строительство подземных транспортных коммуникаций, независящих от рельефа местности и климатических условий и проводимых по кратчайшему расстоянию между объектами, приобретает все большую актуальность.
В сложных горно-геологических условиях мегаполисов целесообразно создание многоуровневой транспортной системы, представляющей собой совокупность автомобильных и железных дорог, многоярусных развязок, подземных тоннелей и камерных выработок технологического и социально-культурного назначения, трасс монорельсового транспорта.
Принципиальная схема транспортной системы г. Владивосток:
1 - железнодорожные тоннели; 2 - автомобильные тоннели; 3 - транспортный терминал
Единую транспортную систему мегаполиса целесообразно формировать на нескольких уровнях (рисунок).
Первый (нижний) уровень - система железнодорожного пассажирского и грузового транспорта, представленная совокупностью подземных горных выработок (основных и вспомогательных тоннелей, наклонных, камерных выработок) и рельсовых путей на поверхности. К этому уровню следует также отнести линии метрополитена.
Следует отметить, что система подземного железнодорожного транспорта в отличие от метрополитена является открытой системой и может быть связана с существующей железной дорогой.
Второй (средний) уровень формируется на основе сочетания автомобильных тоннелей, подземных автостоянок, промышленных, хозяйственных и социально-культурных объектов, расположенных в камерных выработках, конструктивно привязанных к грузопассажирским терминалам первого уровня транспортной системы.
Третий (верхний) уровень - автомобильные дороги различных классов, непосредственно (автомобильные тоннели) или косвенно (подъездные пути к порталам подходных выработок подземных сооружений и железнодорожных терминалов) связанные с транспортными объектами первого и второго уровней системы, монорельсовые дороги, а также городской электротранспорт.
Выработки нижнего транспортного уровня могут быть представлены двухпутевыми или двумя однопутевыми выработками. Опыт шахтного и подземного строительства показывает, что строительство сдвоенных выработок малого сечения всегда представляется более технологичным и экономически целесообразным по сравнению с проведением одиночных выработок большого сечения. Суммарное сечение двух однопуте-вых выработок всегда больше, чем одной двухпутевой. При этом обеспечиваются более технологичные и безопасные условия ведения проходческих работ, высокая эффективность проветривания и безопасность эксплуатации подземного комплекса. Сдвоенные выработки обеспечат независимое движение рельсового транспорта в противоположных направлениях. Формирование транспортной системы первого уровня возможно по кольцевой или челноковой схемам.
Выбор направления развития такой схемы определится не только рельефом местности, но и территориальной разбросанностью городских районов, плотностью населения, перспективой дальнейшего развития мегаполиса.
Связующим элементом первой и второй транспортной систем служат погрузочно-разгрузочные и пассажирские терминалы. Главный терминал может быть создан под землей или на поверхности за пределами городских территорий и оборудован для перевалки грузов, поступающих как по железной дороге, так и автомобильным транспортом. Подземный терминал более предпочтителен, так как фактически не зависит от внешних погодных и климатических условий. Подземное размещение объекта обеспечит необходимые для комфортной работы персонала микроклиматические условия. При этом обеспечивается минимальное воздействие на окружающую природную среду в период строительства и эксплуатации терминала.
Создание погрузочно-разгрузочных грузопассажирских терминалов целесообразно из расчета по одному на городской микрорайон. Фактическое размещение подземных комплексов должно осуществляться на основе геологических и геомеханических изысканий с обязательной привязкой к существующей инфраструктуре города. Такое их расположение позволит оптимизировать городские автобусные перевозки. Появится возможность сократить протяженность маршрутов, повысить доступность людей к местам работы, объектам социально-культурной сферы.
Терминалы представляют собой совокупность наклонных и горизонтальных автомобильных; вертикальных грузоподъемных выработок; наклонных выработок, оснащенных эскалаторами для передвижения пассажиров; камерных выработок в различных уровнях и различного назначения, связывающих между собой железнодорожные тоннели (нижний уровень), подземные автомобильные тоннели и автостоянки (второй уровень) и транспортные коммуникации на поверхности (третий уровень). В верхней части терминалов целесообразно создание крупных торгово-промышленных комплексов и социально-культурных объектов.
Терминалы в сочетании с комбинированной транспортной системой обеспечивают:
- доставку грузов напольными аккумуляторными погрузчиками из вагонов в складские камеры и далее большегрузными подъемниками-лифтами по вертикальным стволам в крупные торговые центры, расположенные на поверхности;
- доставку грузов напольными аккумуляторными погрузчиками из вагонов в складские камеры, затем малотоннажным автомобильным транспортом по наклонным выработкам до поверхности и далее до потребителей на поверхности.
- передвижение людей эскалаторами в наклонных тоннелях от пассажирских платформ до поверхности, торговых залов, подземных автостоянок.
Для мегаполисов, расположенных на морском побережье и имеющих островные территории также целесообразно создание подземных терминалов для морских портов и строительство тоннелей глубокого заложения для создания единой транспортной системы крупного города.
Подземная транспортная система, созданная в совокупности с соответствующей инфраструктурой в значительной мере позволит качественно и количественно изменить транспортные потоки и улучшить дорожную ситуацию.
Следует отметить следующие достоинства подземной транспортной системы:
- она является основой для дальнейшего развития подземной инфраструктуры крупного города как по площади так и в глубину вмещающего массива;
- не зависит от внешних природных и климатических условий;
- формируются дополнительные значительной пропускной способности транспортные коммуникации, позволяющие существенно разгрузить городские улицы, оптимизировать маршруты общественного транспорта,
- увеличивается комфортность передвижения населения и доступность к объектам социально-культурной сферы, местам работы и проживания, вследствие чего появляется возможность снижения социальной напряженности в мегаполисах;
- в значительной мере ограничивается въезд в город большегрузного транспорта, что позволяет существенно упростить ситуацию на городских улицах и снизить число дорожно-транспортных происшествий.
Создание единой многоуровневой транспортной системы городов в сочетании с формированием городской инфраструктуры способствует реализации признаваемой во всем мире концепции "Город для людей", способствует улучшению условий проживания в мехаполисах и является интересной инженерной и научной задачей, требующей проведения исследований в подземном строительстве, геомеханике, архитектуре и других отраслях знаний.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Маляренко Е. Прирастая подземельем // Известия, 28.02.2011 г. -http://izvestia.ru /пешБ/371892.
2. Лильестранд Б. Управляемое ЭВМ бурение при проходке центральной подземной осветлительной установки в Хельсинки // Глюкауф, № 13/14, 1991. - С.40-41.
3. Боронюк А. С. Рациональные схемы вскрытия мощных месторождений наклонными рудоподъемными выработками. - М.: Наука, 1972. - С. 9394, 190-196. ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -
Макишин Валерий Николаевич - доктор технических наук, доцент, заведующий кафедрой Горного дела и комплексного освоения георесурсов Инженерной школы Дальневосточного федерального университета, e-mail: [email protected]
А
