Леонид Кауфман: Подземные полости гражданского назначения: дизайн и строительство

 501 total views (from 2022/01/01),  3 views today

Глобальное хранилище («Хранилище судного дня»), построенное на острове Свальбард (Шпицберген), расположено на высоте 130 м над уровнем моря в породах вечной мерзлоты. Оно рассчитано на почти «бесконечный» срок службы и учитывает возможные изменения климата и связанное с ним повышение уровня моря.

Подземные полости гражданского назначения: дизайн и строительство

Леонид Кауфман

В последние десятилетия с развитием технологии освоения подземного пространства все больше городских функций перемещается с поверхности под землю. Неснижаемый рост городского населения требует постоянного расширения городской инфраструктуры. Широко известно увеличение использования метрополитена, как в связи с удлинением существующих линий, так и со строительством метро в новых районах. Интенсивная застройка городской территории, ее ограниченность в реальных топографических условиях, высокая стоимость земли требуют вовлечения нового ряда других подземных объектов в обслуживание жителей мегаполисов.

Эти новые объекты широкому населению известны значительно меньше. В статье приводятся примеры использования подземного пространства для разных, иногда неожиданных, повседневных нужд людей. В таких случаях особого внимания требуют не только собственно архитектурные решения, но и проблемы способов и средств строительства в стесненных городских условиях, например, при реконструкции существующих подземных сооружений или помещений, которые служат частью наземных зданий.

Спортивные подземные полости Норвегии

Гьовик — маленький город, расположенный в восточной части Норвегии. За пять лет с 1970 года по 1975 год в центре города были построены три разных подземных комплекса. Был извлечен общий объем пород 40 000 м³, что позволило создать под землей площадь помещений 6000 м², куда вошли телекоммуникационный центр, плавательный бассейн и штаб-квартира гражданской обороны (рис. 1).

Основной причиной их размещения под землей была нехватка территории на поверхности в центре города, требования удобного контроля внутренней «окружающей среды», т.е. запыленности воздуха, стабильности температуры и влажности, а также возможность военных или террористических опасностей.

Главный зал телекоммуникационного центра имеет пролет 13 м, длину 60 м и три этажа с высотой, варьирующийся от 3,6 до 5,2 м. Общий объем пород, извлеченных при экскавационных работах составил 12 900 м³.

Рис.2 показывает, что телекоммуникационный центр связан с плавательным бассейном туннелями, которые служат общим аварийным выходом. В полости бассейна с пролетом 20 м размещаются 6 дорожек длиной 25 м и детский игровой бассейн с размерами 4х8 м. Стеклянной стеной он отделен от небольшого спортивного зала, который используется также, как зал собраний.

Оборудование вентиляции и кондиционирования расположено под главным туннелем доступа. Воздух в главном зале заменяется 4 раза в час, в гардеробе и душевой до 20 раз в час. Установка очистки воды установлена под детским бассейном. Общий объем воды 2700 м³ меняется 4 раза в сутки. Особого интереса заслуживает факт, что потребление энергии для плавательного бассейна снижено на 45% по сравнению с подобным объектом на поверхности. Общий объем пород, извлеченных при экскавационных работах превысил 11 500 м³.

Рис. 1. Комплекс подземных объектов в Гьовике.
swimming pool — плавательный бассейн, civil defense — гражданская оборона, telecommunication — телекоммуникационный центр, main st. — главная улица

Рис. 2. Плавательный бассейн в Гьовике.
cross section — сечение, locker rooms showers — раздевалки душевой, swimming poll — плавательный бассейн, gymnasium — гимнастический зал

С описанными подземными объектами в 1994 г. был связан Олимпийский зал зимних игр с длиной полости 91 м, максимальной высотой 25 м и огромным пролетом 61 м, построенный к зимним олимпийским играм в Лиллехаммере. Зал рассчитан на 5500 зрителей. На сегодня это наибольший в мире пролет подземных объектов гражданского назначения. На рис.3,4 показано представление художника о размерах и оборудовании зала. Объем экскавационных работ составил 141 000 м³. Толща пород над полостью зала колеблется от 25 до 55 м, то-есть оказалась меньше, чем его пролет, что имеет принципиальное значение для устойчивости породного массива.

Полость расположена в породах (гнейсах) докембрийского геологического периода с развитыми тектоническими системами трещин. Опыт строительства таких полостей, полученный в Норвегии, показал, что условие их стабильности без установки тяжелой крепи — высокие горизонтальные напряжения пород. Этот же вывод подтвердили измерения, проведенные в существующих туннелях. Здесь горизонтальные напряжения оказались равными 3-5 МПа, тогда как вертикальные напряжения на глубине 25-55 м не превышали 1 МПа. Компьютерное моделирование прогнозировало, что прогиб кровли зала будет менее 5-10 мм.

Рис. 3. Представление художника о размерах Олимпийского зала зимних игр в Гьовике.

Рис. 4. Инфраструктура в Олимпийском зале Гьовик.

Замеры в ходе буровзрывных работ при строительстве полости (рис.5-7) показали, что деформации кровли стабилизировались полностью через 300 дней и они не превышали 4 мм. Максимальный прогиб поверхности земли над полостью составил 7 мм. Исследования подтвердили, что кровля полости является самоподдерживаемой структурой. Тем не менее в ней установлены полностью цементируемые арматурные стержни длиной 6 м диаметром 25 мм, расположенные по решетке 2,5х2,5 м, где каждый четвертый стержень заменяется канатным анкером длиной 12 м. Затем наносится армированный набрызгбетон с толщиной 100 мм (рис.8). На рис.9 показано открытие Олимпийского зала Гьовик.

Рис. 5. Экскавация зала Гьовик.

Рис. 6. Последовательность экскавационных работ в сечении Олимпийского зала Гьовик.
center top heading (exploratory tunnel) — пилотный (разведочный тоннель), side stoping — потолкоуступная экскавация, slash — вруб, abutment tunnel — опорный тоннель, bench — уступ, approx. — примерно, main access — главный доступ, access to abutment tunnel — доступ к опорному тоннелю

Рис. 7. Последовательность экскавации зала Гьовик (с опережающим пилотным тоннелем и отстающими уступами).

Рис. 8. Крепь полости Гьовик.
металлические болты длиной 6 м, канатные анкера двойной свивки (2х16 мм) длиной 12 м, слой набрызгбетона, армированного стальными нитями, 100 мм.

Рис. 9. Открытие Олимпийского зала Гьовик.

Хранилище семян в Норвегии

Глобальное хранилище («Хранилище судного дня»), построенное на острове Свальбард (Шпицберген), расположено на высоте 130 м над уровнем моря в породах вечной мерзлоты (с температурой до -50°С) (рис. 10). Холодный климат острова заставляет промерзать его породный массив на глубину до 200 м, что позволило на время экскавационных работ удержать устойчивость подземных полостей.

Такая температура естественно замерзшей земли благоприятствует хранению семян. На острове есть двадцатилетний опыт такого хранения в старых горных выработках закрытых угольных шахт. В 2006 году, согласно решениям Организации Объединенных наций и правительства Норвегии, началось строительство специального хранилища, которое было сдано в эксплуатацию в 2008 году (рис. 11–15).

Температура в хранилище поддерживается не менее минус 180°С. Оно рассчитано на почти «бесконечный» срок службы и учитывает возможные изменения климата и связанное с ним повышение уровня моря. Предусмотрено временное поддержание температуры в случае технического сбоя, такого, как потеря питания в течение определенного периода.

Хранилище состоит из трех отдельных подземных камер, каждая из которых способна хранить 1,5 миллиона различных образцов семян от стран-доноров. В камерах установлены стеллажи для хранения упакованных образцов. Общая площадь хранилища составляет около 1000 м².

Рис. 10. Северный полярный круг.

Полости с поверхностью горы связаны туннелем доступа длиной около 100 м с входным порталом снаружи. Художественное оформление внешней поверхности крыши и верхней части фасада портала частично отражает полярный свет. Внешняя половина туннеля выполнена в виде стальной трубы диаметром около 5 метров. Туннель проходит через слои снега, льда и рыхлых пород, а далее — через породный массив, экскавация которого выполнялась бурозрывными работами. Туннель закреплен стальными стержнями и набрызгбетоном. Его устойчивость поддерживается также вечной мерзлотой.

Здесь семена бесплатно хранятся по запросам государственных или частных владельцев различных генетических ресурсов, важных для продовольственной безопасности и устойчивости сельского хозяйства. Хранение семян не влияет на какие-нибудь имущественные права, относящиеся к материалу.

При разработке дизайна хранилища было решено, что его внешняя часть должна вписываться в исключительную картину природного полярного окружения, но также отражать специальное содержание и цели сооружения.

Работы начались в апреле 2007 года с возведения вертикальных стен высотой 24 м, строительство которых было возможным из-за наличия промерзших грунтов. Однако строители встретились с неожиданной проблемой, когда, в отличие от рутинных условий, полуночное солнце светило прямо в портал туннеля, что делало невозможным работы из-за выпадения подтаявших породных блоков из грунта вечной мерзлоты. Режим проходческих работ вынужден был приспосабливаться к этим условиям.

Этих работы осложнялись также тем, что породный массив состоял из перемежающихся слоев песчаников и аргиллитов толщиной от нескольких сантиметров до 2 м. Присутствие угольных пластов в толще массива угрожало выделениями взрывоопасного метана. Однако, основная часть туннеля и полости хранения располагались в песчаниках и аргиллитах под угольными пластами, что предотвращало попадание легкого газа метана к экскавационным работам. Вся структура расположена таким образом, чтобы полости хранения находились под стабильным слоем песчаника. Для достижения этой цели туннель доступа на начальном участке проходился с уклоном 1:12 (4,760). Строительство портала туннеля доступа производилось открытым (траншейным) способом на длине 40 м. Ширина портала равна 6 м при строительной ширине траншеи для него 10 м, что позволило правильно заполнить закрепное пространство вокруг портала.

Строительство портала туннеля доступа производилось открытым (траншейным) способом на длине 40 м. Ширина портала составляла 6 м при строительной ширине траншеи для него 10 м, что позволило правильно заполнить закрепное пространство вокруг портала.

Основываясь на геологических данных, полученных при проходке туннеля, ширина полостей хранения по сравнению с первоначальным дизайном была уменьшена с 15 до 9,5 м, а сокращение их емкости компенсировалось увеличением длины с 25 до 27 м и строительством трех полостей вместо двух. Ширина каждой полости 6 м. общая длина комплекса по горизонтали 145,9 м.

Первой сооружалась средняя полость. Для заполнения одной полости семенами требуется около 20 лет. Ни одна из полостей не расположена на продолжении туннеля для того, чтобы избежать ущерба при возможном нападении с применением гранат.

Рис. 11. Наземные сооружения хранилища семян.

Рис. 12. Схема подземных сооружений хранилища семян.

Полости построены в устойчивых осадочных породах на глубине около 40 м от поверхности, где ожидается, что вечная мерзлота будет стабильной и неуязвимой к изменениям климата.

Устойчивость стен и кровли полостей во время строительства поддерживалась цементируемыми арматурными металлическими стержнями длиной 6 м и диаметром 25 мм, а также набрызгбетоном. Из-за тепла, выделяемого в забое оборудованием при погрузке отбитой породы и воздухом, подаваемым для проветривания, замороженный массив начинал размораживаться и для поддержания выпадающих породных блоков требовалась немедленная установка крепи. Вместе с тем применение набрызгбетона стало возможным именно из-за нагрева породных стен и кровли.

Наземная часть комплекса имеет ширину 2,5 м и высоту 8 м. В нише туннеля расположена служебная секция, состоящая из вестибюля, офиса и туалетов, выполненная в виде изолированной коробки, поскольку она будет иметь более высокую температуру, чем остальной комплекс (от +30С до + 200С).

Рис. 13. Вверху разрез по хранилищу, внизу — план хранилища.
1) здание портала, 2) часть туннеля доступа в насыпных грунтах, 3) наклонная часть туннеля доступа в коренных породах, 4) горизонтальная часть туннеля доступа, 5) поперечный туннель, 6) полость хранения.

Рис. 14. Туннель хранилища семян.

Рис. 15. Стеллажи хранения семян в полости.

Подземная церковь

Церковь Темппелиаукио (Temppeliaukion kirkko) — лютеранская церковь в Хельсинки построена в 1969 г. прямой экскавацией гранитных пород, выходящих в этом месте на поверхность, и полностью расположена в них таким образом, чтобы сделать вход в церковь доступным и привлекательным. Для этого пол церкви располагается на уровне прилегающей к ней улицы, он стал как бы ее продолжением. Буровзрывными работами были удалены 12 400 м³ пород, при этом были использованы 4,1 т динамита. В центре забоя в круге с диаметром 2 м создавался предварительный вруб (рис.16-17).

Каменные стены церкви сочетаются с застекленным куполом и потолком, сделанным из медной проволоки. Овальный церковный зал освещается дневным светом, который проходит через ряд световых люков различной ширины, расположенных между стенами и куполом. Последний опирается на железобетонные балки. Пол покрыт полированным бетоном. Вода, стекающая из трещин в скале, отводится по специальным каналам.

Высота стен равна 5-9 м, диаметр купола 24 м, расстояние от его самой высокой точки до пола — 13 м. Расщелина ледникового период в скале служит алтарем, который покрыт распиленным гранитом. Интерьер повторяет оттенки гранита — самого распространенного в Финляндии камня: красного, лилового и серого. Скамьи на 750 гостей изготовлены из березы. Зал приходского собрания рассчитан на 80 человек.

Рис. 16. Купол церкви Темппелиаукио.

Благодаря естественному камню стен, достигнута великолепная акустика, привлекающая многих лучших органистов мира. Орган имеет 43 регистра. Здесь на регулярной основе проводятся популярные музыкальные концерты. Церковь также является местом проведения свадебных церемоний. Каждый год ее посещают около 0,5 млн туристов.

Рис. 17. Интерьер церкви Темппелиаукио.

Подземная автостоянка

Подземная автостоянка оперного театра Сиднея вместимостью 1100 автомобилей была открыта 17 марта 1993 г. Она имеет кольцевую форму огромного тороида с пролетом полости до 19 м, внешним диаметром около 74 м и содержит 12-этажную отдельно стоящую двухспиральную конструкцию. Диаметр породной колонны внутри кольца полости равен 36 м. Общая высота структуры 32 м, из которых 28 м находятся ниже уровня моря. Полость расположена в песчаниках крепостью от 15 до 40 МПа под Ботаническим садом, примыкающим к театру, покрывающая ее толща пород равна всего 7-9 м. Двойная спираль позволяет автомобилям сначала двигаться вниз по рампе на парковочное место и далее вниз до выезда через поперечный съезд на вторую спираль, чтобы не проходить все 12 этажей вниз, а затем соединиться с рампой обратной спирали (рис.18,19). Стоянка рассчитана на 1100 парковочных мест.

Рис. 18. Подземная автостоянка Сиднейского оперного театра.

Рис. 19. Применение двойной спирали в быту.

Толща выветрелого песчаника, отделяющая подземную автостоянку от Ботанического сада, поддерживается не только аркой, сформированной бетоном, но и металлическими анкерными болтами длиной 7,5 м (около 2000 штук) и оцинкованными стержнями (дюбелями) длиной до 4,5 м (рис.20,21).

Кровля автостоянки имеет следующие особенности:

— она практически плоская, поскольку из практического опыта и научных исследований следует, что такое решение соответствует горизонтально расположенным пластам с относительно высокими горизонтальными напряжениями,

— металлическая крепь, усиливающая кровлю, связывает горизонтальные слои песчаника мощностью по 1-3 м в единую поддерживающую структуру,

— поверхность кровли изнутри полости покрыта слоем армированного набрызгбетона толщиной 150 мм, который связывает ее усиливающие элементы.

Рис. 20. Строительство подземной автостоянки оперного театра Сиднея.

Экскавация верхней части полости производилась проходческим комбайном при проходке пилотного туннеля шириной 6 м, его расширении до 10 м, затем до 15 м и далее до 18 м. На каждом таком расширении устанавливалась крепь. По мере увеличения пролета экскавации проводился тщательный мониторинг прогибов кровли, нагрузок анкерных болтов и расслоения кровли. Затем верхняя часть полости углублялась бульдозером до формирования полного сечения автостоянки. Общий объем проходческих работ в полости и в связанных с ней туннелях составил около 130 000 м³. Остальная экскавация проводилась буровзрывными работами.

Рис. 21. Окончание экскавации подземной автостоянки оперного театра Сиднея.

Глубокая станция метро

Станция метро Арсенальная, Киев, Украина глубиной более 105 м считается самой глубокой станцией в мире (по некоторым данным — второй после станции Пухунг в Пхеньяне, КНДР с глубиной 110 м). На глубине 46,6 м построен промежуточный вестибюль (рис. 22, 23).

Из-за сложных гидрогеологических условий, перед началом работ по контуру вестибюля было пробурено порядка 400 скважин и через них была выполнена заморозка грунта. Промежуточный вестибюль был построен из монолитного железобетона и имел колоколообразную форму без дна. Нижняя кромка «колокола» была выполнена в виде ножа, который под тяжестью вестибюля врезался в грунт. По мере его экскавации вестибюль под собственным весом опускался вниз. Почти вся площадь грунта разрабатывалась экскаватором и лишь под ножами «колокола» грунт извлекался вручную. При небольшой глубине проходки грунт поднимался в бадье на поверхность. При дальнейшей проходке через шурф, заранее пройденный по центру вестибюля, отбитый грунт опускался вниз до горизонта будущего расположения промежуточного вестибюля.

Здесь через транспортную штольню ленточным конвейером грунт подавался на скиповый подъемник, которым через специально пройденный ствол поднимался наверх. По мере спуска вестибюля пространство над его куполом засыпалось грунтом и за счет увеличения давления на купол, увеличивалась и скорость опускания вестибюля.

Менее чем через 4 месяца после начала спуска вестибюль достиг проектной глубины и уперся ножами в заранее отлитое фундаментное бетонное кольцо. После этого дно вестибюля было забетонировано и в нем разместили установку, которой бурились замораживающие скважины вдоль нижнего эскалаторного уклона до нижнего вестибюля. Он строился также из промежуточного вестибюля.

Рис. 22. Спуск промежуточного вестибюля станции «Арсенальная».

Рис.23. Стадии спуска промежуточного вестибюля.

Холодное хранение продуктов

Холодное хранение продуктов в подземной полости организовано в окрестностях Бергена, Норвегия, где климат довольно мягок и влажен. Охлаждающая установка расположена у подножия горы на высоте 47 м от уровня моря. Полость расположена в гранитных гнейсах и над ней почти отсутствует перекрывающая толща пород.

Комплекс хранилища состоит из туннеля доступа длиной 12 м и полости длиной 57 м, шириной 20 м и высотой 10,8 м. Его объем составляет примерно 11 000 м³ (рис.24). Породы кровли и стен полости крепятся цементируемыми металлическими стержнями (один стержень на 5 м²). Бетоном закреплены стены туннеля доступа, в которых установлены металлические ворота. В бетонном полу уложены рельсы для транспортировки контейнеров.

В полости размещается охлаждающая установка, тогда как офис, служебные строения и вентиляционное оборудование расположены вне полости. Температура, создаваемая в полости, первоначально равнялась –280°С, затем она была снижена до –220°С.

Сразу после строительства в 15-20 местах полости возникло просачивание грунтовых вод. После начала охлаждения большинство таких мест исчезло, но в 2-3 местах приток воды увеличился и примерно три недели персоналу пришлось собирать и удалять лед. Для перехвата притока было пробурено несколько скважин. В местах притоков были установлены вентиляторы, направляющие на эти места холодный воздух, после чего просачивание прекратилось.

Замеры температуры окружающих пород показали, что на расстоянии 15-20 м от полости она становится постоянной и равной +4,90С.

Рис. 24. Полость холодного хранения продуктов, план и разрез.

Подземное казино

Подземное казино было сооружено в 2003 г. под существующим пятиэтажным зданием отеля «Николаефф Хауз» в комплексе торговли и развлечений Каисаниеми, Хельсинки, Финляндия. В объемы по строительству казино вошли новые подземные помещения, а также реконструкция наземного этажа отеля, включая его несущие структуры и деревянное свайное основание. Уровень фундамента здания был понижен на глубину около 16 м в скальных породах взрывными работами под существующим зданием (рис. 25).

В районе строительства расположено несколько подземных сооружений: туннели и станция метро, коммуникационный туннель, подземная автостоянка. Рядом с казино имеется здание с кинокомплексом на 10 экранов, часть подземных залов которого примыкает к казино.

Существующие подземные сооружения соединены пешеходным туннелем длиной 100 м и шириной около 3 м. Вдоль него размещены рестораны и маленькие магазины, помещения обслуживания кинотеатра и другие вспомогательные службы. В этой же зоне на поверхности расположены популярные рестораны и прогулочные террасы.

Отель «Николаефф Хауз» расположен на берегу морского залива на мощных слоях глины и илистых отложений. Под ними на глубине примерно 4-7 м находится наклонная поверхность скалы. Существующее деревянное свайное основание здания за время службы было почти полностью разрушено и превращено в рыхлый пульпообразный материал.

Вначале, чтобы создать опору для несущих наружных стен и предотвратить приток воды в будущий подземный комплекс, были проведены цементационные работы. Изнутри наземного этажа высотой 2,5 м этой цементацией были созданы подпорные стены, которые затем были связаны анкерами со скальным массивом. Под потолком наземного этажа была сооружена массивная балочная структура, способная принять и передать нагрузку от существующего здания. Этой структурой здание опиралось на 230 временных стальных свай диаметром 170 мм установленных в скалу между существующими деревянными сваями сквозь пол наземного этажа и образовавших жесткие башенные конструкции, связанные друг с другом.

Таким образом, наружные стены здания опирались на подпорные стены, созданные цементацией, а середина здания — на временные стальные сваи. Затем внутренние структуры наземного этажа ниже потолка, включая старые деревянные сваи, были демонтированы.

Земляные работы общим объемом около 7000 м³ выполнялись стадиями, соответствующими демонтажным работам. Выдача грунта и разобранных старых конструкций производилась через шахту размерами 2,5х2,5 м в существующий коммуникационный тоннель, минимизируя таким образом вредное воздействие на поверхность (рис. 26а).

Поскольку в дальнейшем вес здания с временных свай планировалось перенести на постоянные железобетонные колонны, на уровне фундаментов этих колонн были пройдены два продольных временных туннеля длиной по 30 м сечением примерно 18 м² каждый (рис. 26б). Их проходка с помощью буровзрывных работ выполнялась из коммуникационного туннеля. Почва туннелей сформировала конечный уровень основания реконструированного здания.

Между временными сваями взрывным способом в скальном массиве были пройдены 20 вертикальных шахт сечением 1,4х1,4 м, внутри которых были установлены сборные железобетонные колонны сечением 650х650 мм высотой по 18 м, доставленные через временные туннели (рис. 26в, г).

Отбитая при взрывных работах порода транспортировалась самосвалами через коммуникационный туннель. Взрывные газы удалялись вентилятором через старую лифтовую шахту в соседнем здании.

После передачи нагрузки от здания на возведенные железобетонные колонны временные сваи могли быть удалены. Затем выполнялись работы по взрывной отбойке скального основания между железобетонными колоннами (рис.26д). Их нижние части для защиты от повреждения взрывами защищались резиновыми амортизирующими прокладками, уложенными в шахтах.

Рис. 25. План здания отеля во время строительных работ.
open blasting area — район взрывных работ, jet grouted walls — стены, возведенные струйной цементацией, work tunnels — временные туннели

а) коммуникационный тоннель для транспортировки отбитой породы;

б) временные туннели, балочная структура под наземным этажем и пробуренные сваи;

в) проходка вертикальных шахт между сваями;

г) установка железобетонных колонн в вертикальных шахтах;

д) взрывные работы между железобетонными колоннами.

Рис. 26. Последовательность подземных операций при строительстве казино.

Взрывная экскавация скалы вокруг сравнительно тонких железобетонных колонн внутри сохраняемого здания в центре крупного города требовала

чрезвычайной тщательности и точности. В зонах между колоннами и стенами взрывные работы велись двумя-тремя раздельными стадиями. Отбитая порода грузилась в самосвалы небольшим экскаватором.

Средний объем породы, отбитой в одну стадию, составлял 40-70 м³, максимальный — достигал 300 м³. Вертикальные сдвижения скального основания и здания, находящегося на нем, выявлялись примерно в 100 точках специальными датчиками. Иногда требовалось усиление кровли тоннелей и тогда устанавливалась анкерная металлическая или капитальная крепь.

В ходе строительства от установки свай до взрывных и бетонных работ соседние строения нормально функционировали. Движение по прилегающим улицам, киноцентр, находящийся в прямом контакте с подземным строительством, офисы и бизнесы на этажах зданий, ресторан прямо над местом работ постоянно работали. Гибкий график работ, непрерывные замеры шума и вибраций, с точностью до минут выверенное время взрывных работ, особенно во время киносеансов, свели к минимуму влияние строительных работ на окружающие структуры.

Реконструкция верхних этажей здания была завершена до подземных работ. Такая последовательность требовала пристального внимания к состоянию здания, особенно в периоды передачи его нагрузки с одних опор на другие.

Строительство было выполнено с единственным повреждением реконструированных помещений. Схема построенного здания показана на рис. 27, работающее подземное казино — на рис. 28.

Рис.27. Здание отеля с построенным подземным казино.

Рис.28. Подземное казино в отеле «Николаефф Хауз».

Подземный парк в Манхэттене

В Нью-Йорке на площади 1,5 акра (0,6 га) на территории закрытого трамвайного депо (терминала) с потолком на высоте 6,1 м в районе Нижний Ист-Сайд неподалеку от Виллиамсбургского моста под улицей Диленси (рис. 29, 30) осуществляется строительство подземного парка Lowline (Лоулайн — Нижняя Линия), в котором для освещения будет применяться инновационная солнечная технология. В 1948 г. работа трамваев была прекращена, в 2009 году решено их бывшее депо превратить в подземный парк, который примыкает к действующей станции метро Эссекс (рис. 31).

Предлагаемая солнечная технология «Remote Skylights» — оптические системы, способные доставить природный свет к подземным объектам. Системы оборудуются параболическими принимающими чашами и светопроводящими оптико-волоконными кабелями. Благодаря этим системам, природный солнечный свет переносится к местам, которые в противном случае останутся в темноте или должны освещаться искусственными источниками. Специальный механизмом — гелиостат отслеживает прохождение солнца по небу. Светопроводящие кабели направляют собранный солнечный свет в распределительную чашу (рис. 32).

Рис. 29. План и разрез подземного трамвайного депо.

Рис. 30. Старый трамвайный парк в Нижнем Ист-Сайде, Манхэттен, Нью-Йорк.

Рис. 31. Расположение подземного парка в Манхэттене.

Рис. 32. Схема солнечной технологии «Remote Skylights».
parabolic solar reflector — параболический солнечный отражатель

Технология позволяет транспортировать свет с частотами, необходимыми для фотосинтеза — необходимого условия роста деревьев и растений. Не требуется энергии, поддерживающей освещение, и следовательно, нет источников выделения тепличных газов.

С октября 2015 г. до февраля 2017 года солнечная технология и потенциал нового круглогодичного подземного публичного пространства испытывались в специальной лаборатории, оборудованной по соседству в подвалах бывшего розничного рынка.

Окончание строительства подземного парка намечено на 2021 год (рис. 33).

Рис. 33. Представление художника о парке «Low Line».

Подземные городские зоны отдыха в Японии

Место для отдыха является важной составной частью человеческой культуры. Напряженный труд в течение рабочего дня требует компенсации уставшему организму, которую он мог бы получить, желательно, без больших дополнительных затрат времени и средств на перемещение от места производственных занятий к рекреационным зонам.

Как это ни забавно, такие зоны в развитых странах Запада в 18 веке впервые возникли из необходимости в туалетах при больших скоплениях людей. В условиях плотной городской застройки, с учетом природоохранных и технических соображений (влияние на качество воздуха, визуальное воздействие, соединение с действующими системами водоснабжения и канализации) оказалось целесообразным разместить эти объекты под землей. Затем застройщики городов оценили преимущества подземного расположения других объектов массового посещения таких, как библиотеки, магазины разного назначения, кафе и рестораны, зеленые и спортивные площадки. В начале 20-го века подземные рекреационные пространства стали неотъемлемой частью городского строительства.

Освоение подземного пространства в Японии сосредоточено в трех мегаполисах: Токио, Осака и Нагоя. Оно начиналось более 80 лет назад с застройки подземной торговой улицы и превратилось в огромную систему. Ее развитие началось с подземных пешеходных переходов. Сначала в них не было коммерческих объектов. Позднее по обеим сторонам переходов появились прилавки для продажи различных товаров. Это решение потребовало организации привлекающего внимание яркого рекламного освещения. Позднее подземные коммерческие объекты проектировались и сооружались совместно со станциями метро, к которым они примыкали. Начали возикать целые подземные улицы отдыха и развлечений (рис. 34).

С 1960 годов Япония вступила в период быстрого экономического роста. В связи с быстрым развитием транспортных средств и недостатком места или из-за дороговизны земли для строительства наземных парковок, в комплексе с подземными улицами начали строиться подземные автостоянки.

Так, в городе Осака была сформирована подземная улица Crysta Nagahori длиной 760 м с общей площадью 82 000 м² и четырьмя подземными этажами. На этой улице располагались 100 магазинов и подземная стоянка на 1030 парковочных мест (рис. 35).

В 21-ом веке с развитием технологии строительства и совершенствованием методов управления подземные зоны отдыха развиваются более систематично и упорядоченно. Определено оптимальное соотношение между подземным и наземным пространством. Разработана общая схема, по которой подземная улица состоит из трех основных зон — пешеходной, торговой и парковочной, а также вспомогательной, включающей помещения кондиционирования воздуха, генераторов электроэнергии, насосной станции, центральной диспетчерской, центра предотвращения стихийных бедствий, складов, туалетов и др.

Комплексная рекреационная функция городского подземного пространства привлекает большое число людей. Например, улицу Crysta Nagahori в центре города Осака ежедневно посещает в среднем 1 млн 500 тыс. чел. Это обеспечивает высокую экономическую эффективность «подземной улицы», что привлекает инвестиции в ее развитие.

Рис.34. Карта подземной улицы Yaesu в Токио.
types of shops — виды магазинов, fashion goods — модные товары, restaurant — ресторан, café — кафе, service — сервисные услуги, business site — территория деятельности, metro transit — линии метро, pedestrian route — пешеходный маршрут

Рис.35. Подземная улица Crysta Nagahori в центре города Осака.

Продолжение

Литература

Barlindhaug, S. Rock Cavern in Permafrost on Svalbard Norway to House the Global Seed Vault. Norwegian Tunnelling Society. Publication no. 25.

http://tunnel.no/wp-content/uploads/2016/04/Publication-25-Lavoppl%C3%B8selig.pdf

Broch, E. Utilization of Rock Caverns in Norway. Norwegian Tunnelling Society. Publication no. 25. http://tunnel.no/wp-content/uploads/2016/04/Publication-25-Lavoppl%C3%B8selig.pdf

Goel, R. Opera Houses. Underground Parking. Sydney Opera House Underground Car Park. https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/opera-houses

Goel, R. Underground Storage of Food Items. Underground Infrastructures, 2012. https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/cryopreservation

Grov, E. Understanding and utilizing in-situ rock stresses in design and building large rock caverns. Vietrock2015 an ISRM specialized conference. 12-13 March 2015, Hanoi, Vietnam/

http://vietrocknet.org/app/webroot/img/files/Vietrock2015%20Proceedings/Key%20note%20VietRock%20Eivind%20Gr%C3%B8v.pdf

Iconic underground structures. TunnelTalk. Discussion Forum. Sep 2010.

https://www.tunneltalk.com/Discussion-Forum-Sep10-Iconic-underground-structures.php

Lehto, J. Gambling with drill and blast in Helsinki. Tunnels & Tunnelling International. April 2004. https://www.sipti.fi/sites/default/files/Tunnels_Tunnelling_International_APRIL_2004.pdf

Lowline. About/Prolect. http://thelowline.org/about/project/

Rock church (Temppeliaukio). 23.03.2018.

https://www.helsinginseurakunnat.fi/en/temppeliaukionkirkko/artikkelit/jf39uk9z5

Statsbygg. Svalbard Global Seed Vault.

http://statsbygg.no/FilSystem/files/ferdigmeldinger/671_svalbard_frohvelv.pdf

Svalbard Global Seedvault — More about the Constuction from The Directorate of Public Construction and Property (pdf). Ministry of Agriculture and Food.

https://web.archive.org/web/20120301183131/http://www.regjeringen.no/en/dep/lmd/campain/svalbard-global-seed-vault/publications.html?id=463313

Sydney Opera House Car Park. Australian Tunneling Soсiety.

Zhang, P. Japanese Ways of Developing Urban Underground Recreation Space. World Journal of Engineering and Technology, 2018, 6, http://www.scirp.org/journal/PaperInformation.aspx?PaperID=85043#f1

Тоцкий, О. Метро, которого нет: станция «Арсенальная» https://lb.ua/blog/culture/151246_metro_kotorogo_net_stantsiya.html

Print Friendly, PDF & Email

4 комментария к «Леонид Кауфман: Подземные полости гражданского назначения: дизайн и строительство»

  1. Как ни странно, прочитав статью я загрустил. Если бы эта статья появилась больше, чем 10 лет назад, ее смог бы прочитать мой тесть Ханан Исааакович Абрамсон. Он всегда внимательно читал статьи на сайте Берковича, писал и сам. А уж тема об использовании подземного пространства была для него близкой еще с начала 30-х, когда он пришел работать на Метрострой. Вот он бы мог очень квалифицированно оценить текст. Был бы рад, что знамя не упало в грязь, его продолжают нести. В любом случае — большо спасибо автору.

  2. Если это станет традицией — давать (хоть иногда) обстоятельные научно-популярные материалы — не знаю как кто, а я буду рад.
    = =
    Поддерживаю.

  3. Потрясающая, гигантская по размаху — от Осаки до Манхэттена — работа академика, горного инженера Леонида К. интересна не только строителю, технарю, но и усердному читателю-гуманитарию.
    Спасибо автору и Редакции.
    p.s.
    Искренние поздравления также с заслуженной наградой, Беляевской премией.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

Арифметическая Капча - решите задачу *