Городские подземные сооружения

Содержание

Введение ……………………………………………………………………….. 3

1. Предпосылки и факторы, влияющие на освоение подземного пространства ……………………………………………………….…..…………………….… 5

2. Городские подземные  сооружения ………………………………………… 8

Сети инженерных коммуникаций ……………………………………….. 11

Транспортные тоннели …………………………………………………… 12

Пешеходные переходы …………………………………………………… 15

Подземные гаражи ………………………………………………………... 16

Предприятия торговли и общественного  питания ……………………… 18

Заключение ……………………………………………………………………. 20

Литература ..…………………………………………………………………… 21

Введение

Высокий уровень урбанизации, рост городов и ряд других факторов обусловливают высокую степень  освоения подземного пространства в  городах. Это позволяет в значительной мере высвободить дефицитные территории, а также улучшить состояние городской среды. В этой связи необходимо рассмотреть опыт использования данного вида ресурсов и возможности его применения при создании гражданских объектов.

Подземное пространство часто рассматривается  как естественные или искусственно созданные полости в недрах земли, используемые для хозяйственных или иных целей.

Предлагается определять его как вид ресурсов недр, используемый в качестве среды для проживания, размещения объектов или протекания процессов, тогда его источниками являются естественные или искусственно созданные полости в недрах земли, а также участки недр, в которых могут быть созданы полости. Недра представляют собой часть земной коры, расположенную ниже почвенного слоя, а при его отсутствии — ниже земной поверхности и дна водоемов и водотоков, простирающуюся до глубин, которые доступны для геологического изучения и освоения.

В своем естественном состоянии  подземное пространство может быть занято твердым, жидким или газообразным веществом. Участки недр, не заполненные твердым веществом, но окруженные им, называют подземными полостями. Они подразделяются на естественные и искусственные (антропогенные).

Естественные полости включают в себя крупные полости (пещеры), мелкие полости и трещины в  массиве горных пород.

1. Предпосылки и факторы, влияющие на освоение подземного пространства

Обычно выделяют следующие предпосылки  освоения подземного пространства: социальные, горно-технические, геологические, экономические ( экономия энергетических затрат) и оборонные.

Социальные предпосылки освоения подземного пространства заключаются в росте народонаселения и происходящих демографических изменениях, неизбежных техногенных изменениях окружающей среды, необходимости сохранения земельных фондов и улучшения рекреационных возможностей людей и санитарно-гигиенических условий их труда. Увеличение количества создаваемых площадей в подземном пространстве позволяет снизить выбытие из пользования сельскохозяйственных угодий.

Считается, что использование подземного пространства целесообразно в районах  с высокой плотностью населения, плодородными почвами, развитой горно-добывающей промышленностью, благоприятными инженерно-геологическими условиями для подземного строительства. Выгодно строить подземные склады на Севере. Переносить под землю предприятия с высокими уровнями пожароопасности и шумообразования также полезно для окружающей среды.

Горно-технические предпосылки заключаются в том, что в идеальном случае для использования подземного пространства горные породы должны быть прочными, монолитными, устойчивыми и одновременно легко разрабатываемыми, стойкими к окислительным процессам, необводненными и не выделяющими ядовитые газы, инертными по отношению к хранимым в них материалам, непористыми, не содержать агрессивных растворов. Однако современные технологии в большинстве случаев позволяют ликвидировать действия всех перечисленных факторов.

Геологические предпосылки освоения подземного пространства заключаются в необходимости достаточно подробного изучения верхних слоев земной коры, которое бы позволило объективно принимать решения о выборе места размещения подземного объекта и технологий его создания.

Экономия энергетических затрат как  предпосылка освоения подземного пространства объясняется тем, что подземное пространство позволяет снизить сезонные колебания энергопотребления, т.к. горные породы служат аккумулятором солнечной энергии, обладают низкой теплопроводностью и способны удерживать тепло. В связи с этим подземные полости могут использоваться как теплоаккумуляторы. В северных странах энергетический вопрос оказывает большое влияние на выбор подземного размещения зданий, и все большее применение находит подземное жилье.

Оборонные факторы как предпосылка  использования подземного пространства имеют в своей основе необходимость защиты людей, материальных ценностей, производства от военных действий, в том числе и ядерного взрыва.

Французские ученые P. Duffaut и G. Marin считают, что естественный спрос на ресурсы пространства недр вызван следующими причинами: сохранение скоропортящихся продуктов (погреба и подвалы); добыча полезных ископаемых; религиозные цели (например, для ритуального погребения); защита населения от нападения; поиск относительного комфорта в экстремальных температурных условиях.

Считается также, что подземные  сооружения при незначительных дополнениях имеют высокую сейсмостойкость, стабильные температуру и влажность, чистоту помещений, т.е. те параметры, для обеспечения которых на поверхности необходимо дополнительно 25— 40 % объема строительно-монтажных работ.

В Швеции при подземном строительстве  примерно 1—2 % затрат идет на обоснование  геологических возможностей подземного строительства, а на обеспечение  длительной устойчивости—-4—70 % затрат.

Надежность и долговременность подземных сооружений значительно  выше, чем поверхностных. Срок службы многоэтажных зданий — 100 лет, жилых домов особой капитальности — 125 лет, фруктохранилищ — 28 лет. Период эксплуатации подземных сооружений гораздо выше. Например, для тоннелей эти нормы составляют 500 лет. Известно также немало случаев, когда подземные сооружения сохранялись в течение тысячелетий. Затраты на ремонт подземных сооружений ниже, чем наземных, т.к. они не подвержены климатическим факторам. Для естественного разрушения горных пород требуются десятки и сотни тысяч лет.

Основным полезным свойством подземного пространства является их способность вмещать в себя какие-либо объекты или процессы. Однако в отличие от остальных пространственных ресурсов подземное пространство обладает некоторыми другими полезными характеристиками: имеет относительно стабильные климатические характеристики (температурно-влажностный режим); изолировано от разного рода поверхностных воздействий, таких как шум, вибрация, радиоактивность и т.д.; относительно герметично, а также способно удерживать тепловую и другие виды энергии. Кроме того, влияние любого объекта, расположенного под землей, на окружающую среду значительно ниже и в лучшей степени может контролироваться; подземные здания часто не требуют существенных затрат на внешнюю отделку, служат значительно дольше и требуют более низких эксплуатационных затрат, чем поверхностные; подземное пространство в ряде случаев легче осваивать, чем поверхностное, так как оно не зависит от топографии и дробления на частные участки.

К преимуществам заглубленных гражданских зданий относят следующие: эстетические (взаимосвязи с окружающим ландшафтом); более рациональное использование земли; снижение уровня шума и вибрации; уменьшение эксплуатационных расходов (на ремонт здания, гидро- и теплоизоляцию и др.); пожарная безопасность (распространение огня ограничено); сейсмостойкость; защита от ядерного взрыва и радиоактивных осадков; защита от штормов и торнадо; сохранение энергии.

Однако, наряду с преимуществами использования  подземного пространства, существуют и некоторые сложности, обусловленные свойствами данного ресурса. Так, например, опыт подземного строительства в г. Канзас-Сити (США) показывает, что существует три проблемы использования подземного пространства: техническая, юридическая и психологическая.

Психологическая проблема заключается  в субъективном мнении людей о  том, что условия пребывания в  подземном пространстве должны быть хуже, чем на поверхности. Техническая проблема включает в себя сложности с дренажом воды, канализацией, водостоком и вентиляцией. Юридическая проблема наиболее свойственна США и другим странам, где исторически собственность на землю включает в себя собственность на подземное пространство.

К основным недостаткам подземного пространства по сравнению с поверхностным относят высокую естественную влажность, отсутствие дневного света, невозможность свободного доступа с поверхности земли, т.к. спуск и подъем осуществляется через определенные выработки (в некоторых случаях это является достоинством), наличие горного давления и возможность сдвижения горных пород вследствие создания или использования подземных пустот, более высокие капитальные затраты при строительстве здания под землей, чем на поверхности.

2. Городские подземные  сооружения

Строительство городских подземных  сооружений в настоящее время  развивается весьма быстро. Необходимость  создания и все более активного  использования подземного пространства в современных городах обусловлена  следующими факторами: – стремлением  к разуплотнению исторически  сложившейся застройки и оздоровлению старых частей городов; – все более ощутимым недостатком свободных городских земель, пригодных для новой застройки, а также угрозой ликвидации лучших сельскохозяйственных районов, прилегающих к городам, с частичным, а в некоторых случаях и с полным уничтожением естественного природного окружения; – необходимостью радикального упорядочения городского движения с возможно более полным разделением пересекающихся транспортных потоков, а также потоков пешеходов и транспорта, с созданием систем непрерывного и скоростного, в том числе внеуличного рельсового сообщения, и с компактным решением пересадочных узлов; – дальнейшим развитием систем культурно-бытового и коммунального обслуживания с размещением соответствующих объектов в наиболее нужных местах (в том числе и у пунктов массовых скоплений населения) с одновременным повышением рентабельности этих учреждении; – сохранением архитектурных памятников и ансамблей, представляющих культурно-историческую ценность, и капитальной опорной городской застройки; – развитием разнообразных средств общественного, специального и индивидуального транспорта, для хранения и технического обслуживания которого требуются большие территории; – развитием средств инженерного оборудования города, коммунального и складского хозяйств. Существуют следующие причины развития подземного строительства в городах: недостаток земель и невозможность занятия новых (в силу экологических последствий расширения городов); более рациональное использование городских территорий; транспортные задачи и безопасность; расширение сети услуг; сохранение архитектуры; развитие инженерного оборудования города (коммуникаций и т.д.); гражданская оборона.

Среди преимуществ строительства городских подземных объектов отмечается, что оно позволяет экономно использовать наземную территорию, содействует упорядочиванию транспортного обслуживания населения и повышению безопасности дорожного движения, снижает уличный шум и загрязнение воздуха выхлопными газами автомобилей, способствует повышению художественно-эстетических качеств городской среды.

Городские подземные сооружения характеризуются  относительно небольшой глубиной заложения, привязкой к конкретным поверхностным объектам и территориям, особой пространственной организацией, специфическим временным режимом использования и т.д. Поэтому для них создаются специальные подземные полости, отвечающие в каждом конкретном случае предъявляемым требованиям. Спектр направлений использования городского подземного пространства практически неограничен.

В городском подземном строительстве  известны случаи вторичного использования  подземных полостей. Так, французский  автор А.Р. Boiler описывает пример применения выработок, созданных при строительстве тоннелей метро, для городских телефонных сетей, автостоянок и других целей. Наибольший опыт вторичного использования горных выработок принадлежит США, где в г. Канзас-Сити из имеющихся там более 20 миллионов м2 выработок известняковых шахт используется около 2 миллионов м2 (около 10 %). Подземное пространство в г. Канзас-Сити осваивается в 10 раз быстрее, чем создается в результате добычи известняка, что обусловлено высокими потребностями в нем. При этом 85 % используется под склады различного назначения и холодильники, 7 % — под производственные объекты, 5 % — под офисы, 3 % — под предприятия сферы обслуживания. Там размещаются приборные и сборочные заводы телевизоров, городской промышленный парк, две международные торговые зоны, хранилища ценной документации, комплексные хранилища — холодильники и зернохранилища.

В зависимости от назначения и характера  использования выделяют следующие  группы и виды подземных или полуподземных  городских сооружений, помещений и устройств:

- инженерно-транспортные сооружения

- пешеходные и транспортные тоннели

- перегонные тоннели и станции метрополитена, скоростного трамвая и городских участков железных дорог

- автостоянки и гаражи

- отдельные помещения и вокзалы

– предприятия торговли и общественного  питания

– зрелищные, административные и спортивные здания и сооружения

– объекты коммунально-бытового обслуживания и связи

– объекты складского хозяйства

– объекты промышленного назначения и энергетики

– объекты инженерного оборудования

В соответствии с условиями расположения в городе могут быть выделены:

– подземные сооружения, расположенные  под городскими улицами и площадями, скоростными дорогами, путями рельсового транспорта и различного рода проездами;

– подземные сооружения, расположенные  под незастроенными участками, в том числе под скверами и бульварами;

– подземные сооружения и подземные  части зданий, расположенные непосредственно  под жилыми, административными и  общественными зданиями или их комплексами;

– отдельные подземные сооружения или части сооружений, входящие в  состав развитых комплексов инженерно-транспортного  назначения, которые могут располагаться  под городскими улицами, площадями  и зданиями различного назначения.

В качестве принципов построения и  организации городских подземных  сооружений автор выделяют следующие: все подземные сооружения должны в перспективе составлять единую пространственно-временную систему; более сложное зонирование по сравнению с поверхностными зданиями, их взаимосвязи в пространстве, необходимость коммуникаций с учетом препятствий и топографических и геологических условий и др.

Одной из основных проблем использования  городского подземного пространства является то, что при высокой плотности  его использования существует опасность влияния процессов строительства и эксплуатации подземных сооружений друг на друга и на поверхностные объекты. Для городских подземных сооружений не всегда имеется возможность создания значительного поверхностного комплекса и поэтому все необходимые процессы должны располагаться под землей.

Рассмотрим детально основные направления  использования городского подземного пространства.

Сети инженерных коммуникаций

Среди подземных сооружений городов  сеть инженерных коммуникаций (коммунальные сети) является одной из наиболее важных. Основными инженерными коммуникациями, которые обеспечивают нормальные условия повседневной жизни современного крупнейшего города, можно назвать следующие: линии питьевого водоснабжения; линии хозяйственного (промышленного) водоснабжения; бытовая канализация; ливневая канализация; газопроводы; трубопроводы теплофикации; трубопроводы горячего водоснабжения; кабели и линии связи; электрические линии различного напряжения; трубопроводы пневмопочты; трубопроводы пневматического удаления мусора; топливопроводы; кабели регулирования уличного движения; кабели электрифицированных железных дорог; кабели освещения и др.

Иногда могут встречаться и  другие системы подземных коммуникаций, главным образом, на промышленных и  даже на сельскохозяйственных предприятиях, в частности, керосинопроводы или молокопроводы.

Подземные инженерные коммуникации обычно сооружают раздельно, чаще всего  в разное время в отдельных  траншеях, на различной глубине от поверхности, в зависимости от характера  ранее уложенных коммуникаций, определенных физических свойств грунта, уровня грунтовых вод, природно-климатических и других условий.

Поперечные сечения, пропускная способность, или мощность подземных инженерных коммуникаций, также различны. Так называемые магистральные трубопроводы (главный кабель, водовод большого сечения, главный коллектор и т.д.) обслуживают, как правило, большие площади. От них отходят распределительные трубопроводы, которые в свою очередь снова разветвляются и прокладываются вблизи отдельных обслуживаемых ими зданий и сооружений и посредством отдельных вводов питают их.

Большая часть подземных инженерных коммуникаций, за исключением бытовой  и ливневой канализации, располагается  обычно на небольшой глубине — до 3 м.

Транспортные тоннели

В транспортных целях создаются  тоннели: пешеходные, автомобильные, железнодорожные, судоходные и тоннели метрополитена. Проводятся они для преодоления гор, водоемов и других препятствий в местах прохождения транспортных путей. В настоящее время существуют достаточно развитые технологии тоннелестроения, позволяющие обеспечивать устойчивость этих сооружений к воздействию горного давления, водопритока и других факторов в течение тысячелетий.

Для крупнейших городов нашей страны наиболее перспективен внеуличный, преимущественно подземный пассажирский рельсовый транспорт. Линии скоростного внеуличного рельсового транспорта в городах могут быть классифицированы по видам используемых транспортных средств, по принципиальной схеме развития трасс, по характеру эксплуатации, глубине заложения, объемно-планировочному решению станций, вестибюлей и других помещений.

По видам используемых транспортных средств различают метрополитен и скоростной трамвай, а в отдельных случаях — городские железные дороги, экспрессные (сверхскоростные) линии метрополитена и монорельсовые дороги. Соответствующие сети могут иметь подземные и полуподземные участки.

В зависимости от принципиальной схемы  развития внеуличного рельсового транспорта его линии могут трассироваться в виде одного или нескольких диаметров (или хорд), объединенных кольцевыми или полукольцевыми линиями. В городах, развивающихся в длину, линии внеуличного рельсового транспорта прокладываются преимущественно в продольном, наиболее нагруженном в транспортном отношении направлении.

В соответствии с характером эксплуатации различают сети внеуличного рельсового транспорта с независимым (замкнутым) движением поездов по отдельным, не связанным между собой линиям (в Москве и Ленинграде), с переходом части поездов с одной линии на другую (в Лондоне и Нью-Йорке) и комбинированные сети.

По объемно-планировочному решению  станций известны сооружения одноплатформенные — с центральной пассажирской платформой островного типа, двухплатформенные — обычно с береговыми платформами и многоплатформенные, встречающиеся чаще всего только в пересадочных узлах или в подземных железнодорожных станциях.

Особенностями подземных транспортных сооружений являются их жесткая привязка к транспортным путям, а также специфическая вытянутая форма. Это направление использования подземного пространства — одно из наиболее распространенных и выгодных с точки зрения получения прибыли.

Транспортные тоннели в городах  классифицируются по назначению, протяженности, конфигурации в плане, организации  движения и конструктивной схеме, глубине заложения, месту расположения в городской застройке.

По назначению различают тоннели, предназначенные для смешанного (автомобильного и рельсового) или  только автомобильного движения. В  зарубежной практике встречаются тоннели, рассчитанные только на движение легковых автомобилей.

По протяженности транспортные тоннели подразделяются на короткие с длиной тоннельной перекрытой части  до 300 м и протяженные (более 300 м), нуждающиеся в принудительно-вытяжной вентиляции.

В соответствии с конфигурацией  в плане различают прямолинейные, криволинейные, разветвляющиеся и  взаимно пересекающиеся (на разных уровнях) тоннели; слияние транспортных потоков или их пересечения в  одном уровне в транспортных тоннелях не допускается.

По организации движения известны тоннели для одностороннего и  двухстороннего движения (во встречных  направлениях), а по конструктивной схеме — однопролетные, двухпролетные и многопролетные; количество полос движения по условиям безопасности в тоннеле должно быть не менее двух.

В зависимости от глубины заложения  известны тоннели мелкого заложения (глубиной до 10—15 м), создаваемые обычно со вскрытием поверхности, и тоннели глубокого заложения (глубиной более 10—15 м), проводимые подземными горными способами.

По месту расположения в городе различают тоннели обычного типа, проложенные под улицами, проездами, застройкой и площадями, а также  горные и подводные.

Транспортные тоннели могут  быть представлены в виде отдельных  сооружений, входить в состав развитых в плане и профиле пересечений городских улиц и дорог в нескольких уровнях или быть элементами многоуровневых общественно-транспортных и других комплексов различного назначения.

Пешеходные переходы

Необходимость устройства внеуличного, в том числе и подземного перехода, определяется либо категориями пересекаемых улиц и дорог, либо количественными соотношениями потоков пешеходов и транспорта. Во всех тех случаях, когда пешеходы не имеют возможности пересечь проезжую часть в течение разрешающих сигналов светофоров, следует либо сократить объем движения в данном узле, либо найти возможность устройства транспортного пересечения в разных уровнях или внеуличного перехода.

Пешеходные переходы классифицируются по ряду признаков: по отношению к потокам транспорта и к поверхности земли; планировочной схеме; количеству ярусов и глубине заложения; функциональной и композиционной взаимосвязи с городской застройкой; оборудованию учреждениями обслуживания; устройствам для перемещения пешеходов по вертикали.

По отношению к потокам движения городского транспорта и к поверхности земли пешеходные переходы подразделяются на уличные, трассированные в уровне проезжей части, и внеуличные, расположенные под уровнем проезжей части или над ней. В зависимости от расположения относительно поверхности земли внеуличные переходы могут быть наземными, надземными и подземными.

По планировочной схеме различают  внеуличные переходы следующих типов: линейные (коридорные), однопролетные  или двухпролетные, простейшего типа; сооружения, строящиеся по развитым планировочным схемам, в том числе и изогнутые в плане; зальные (многопролетные); сооружения комбинированных типов, создаваемые по относительно сложным схемам.

Подземные и полуподземные внеуличные переходы могут быть запроектированы в одном, двух или нескольких ярусах как полностью изолированных перекрытиями, так и объединенных общим открытым пространством. Конструктивное и объемно-планировочное решения подземного перехода во многом предопределяет глубина его заложения.

В связи с этим известны: – подземные  сооружения глубокого заложения, строительство которых осуществляется подземными способами (без вскрытия поверхности); такие сооружения рассчитываются обычно на значительное горное давление от вышележащих пород; – подземные сооружения мелкого заложения, строительство которых ведется со вскрытием поверхности; – замкнутые сооружения, образованные перекрытиями большой площади и лишенные естественного света и проветривания, а также сооружения, частично заглубленные, например, на перепадах рельефа.

В зависимости от функциональной и  композиционной взаимосвязей с городской  застройкой различают внеуличные переходы, решенные в виде отдельных сооружений; переходы, построенные в комплексе с другими транспортными зданиями и сооружениями (пересечениями улиц и дорог в разных уровнях, входами в метро, вокзалами различного назначения и др.); переходы, являющиеся составным элементом общественных, административных, жилых и прочих зданий и их комплексов.

По оборудованию переходов учреждениями обслуживания известны переходы, предназначенные  только для «транзитного» пешеходного  движения, переходы с отдельными учреждениями и устройствами попутного обслуживания (телефоны-автоматы, газетные и книжные киоски, театральные билетные кассы и пр.), переходы с развитым составом учреждений попутного обслуживания (торговля, бытовое обслуживание, общественное питание).

В зависимости от используемых устройств  и механизмов для перемещения пешеходов по вертикали различают переходы с лестничными и пандусными сходами, а также переходы, оборудованные различными типами эскалаторов или ленточными подъемниками непрерывного действия.

Подземные гаражи

Одним из самых быстро развивающихся  направлений городского подземного строительства является сооружение подземных гаражей. Даже в наиболее благоприятных климатических условиях каждый легковой автомобиль находится в движении в среднем не более 1—1,5 ч в сутки (300—400 ч в год). Следовательно, каждый автомобиль находится на стоянках примерно 22—23 ч в сутки; это обстоятельство следует учитывать.

Необходимо обеспечить такое размещение гаражей для постоянного хранения машин, чтобы предельный путь от дома до этих сооружений не превышал 600—800 м, т. е. затраты времени на подход к ним не были более 8—10 мин. Стоянки должны находиться на расстоянии 200—250 м от жилья. Только такое размещение мест хранения автомобилей исключает необходимость пользования подвозящим транспортом. Приближение мест хранения автомобилей к жилищу является не только удобным для владельцев, но и экономически оправданным. В противном случае для каждой машины потребуется не одно, а два места: первое — постоянное в капитальном гараже, примерно 2—3 км от дома; второе — открытая стоянка непосредственно у жилища, на ближайших улицах, на внутриквартальных проездах или хозяйственных площадках.

В зарубежной практике нередко используются наземно-подземные гаражи. Например, в Будапеште на площади Мартинелли с многоэтажным административным зданием объединен наземно-подземный гараж рампового типа на 400 мест. Гараж имеет восемь наземных и два подземных яруса и построен в очень стесненном месте. В состав гаража входят встроенная автозаправочная и полуподземная станции обслуживания, рассчитанные, главным образом, на обслуживание «городских» автомобилей, въезжающих на стоянку, а также транзитных машин. Для ведомственных автомобилей выделен специальный подземный этаж с самостоятельным въездом и выездом.

Исходя из необходимости экономии городской территории или сохранения сложившегося характера застройки для определенной части автомобилей могут предусматриваться подземные или полуподземные гаражи и стоянки. При этом значительно сокращаются санитарные разрывы до жилых и общественных зданий. Размеры разрывов в этом случае исчисляются не от наружных стен, а от мест выделений вредных выбросов и источников шума, т.е. от въездов в гаражи и вентиляционных шахт. Верхний ярус (покрытие) подземных или полуподземных автостоянок может использоваться для озеленения или открытого хранения машин. Например, по этому принципу в жилом районе «Сите-Модель» в Брюсселе наряду с многочисленными открытыми автостоянками на 830 мест сооружен одноярусный подземный гараж на 180 автомобилей и 80 мотоциклов. Этот гараж соединен подземными переходами непосредственно с лифтовыми холлами трех больших многоэтажных жилых зданий. Въезд в гараж отнесен от входов в жилые дома на 20—25 м. В этом же районе сооружены отдельно стоящие бензозаправочная и станция технического обслуживания.