CC BY
186
УДК 622.831
В. П. ПУСТОВОЙТЕНКО, О. Р. ГАВРИШ (НГУ, Днепропетровск)
ОРГАНИЗАЦИЯ КОМПЛЕКСНОГО ОСВОЕНИЯ ПОДЗЕМНОГО ПРОСТРАНСТВА МЕГАПОЛИСОВ
Розглянуто проблему прогнозу тенденцiй урбашзацп, основних факторiв, що впливають на сучасш спо-соби органiзацiï освоення пiдземного будiвництва мегаполiсiв, при обгрунтуванш областi комплексного ви-користання i складу органiзацiйно-технологiчних схем освоення щдземного простору.
Рассмотрена проблема прогноза тенденций урбанизации, основных факторов, влияющих на современные способы организации освоения подземного строительства мегаполисов, при обосновании области комплексного использования и состава организационно-технологических схем освоения подземного пространства.
The problem of forecasting the trends of urbanization, the main factors influencing the modern methods of organization of development of the underground construction of mega-cities, during the substantiation of field of integrated use and composition of organizational-and-technological schemes of development of underground space, is considered.
Актуальность проблемы
Освоение подземного пространства мегаполисов стало важнейшей частью нашей цивилизации и культуры. Глубина освоения устойчиво перешагнула отметку 100 м. Крайне усложнились методы организации освоения подземного пространства и способы подземного строительства. Успех строительства подземных сооружений нового поколения зависит уже не только от нетрадиционных проектных решений, но и в значительной степени от технических и организационных возможностей строителей и заказчиков, а также от схем инвестирования строительства и наличия средств.
В данном аспекте большое значение имеет повышение инвестиционной привлекательности подземных объектов. Одним из путей решения этой задачи является комплексное, заранее спланированное освоение подземного пространства, то есть последовательное, рациональное объединение в единую инфраструктуру подземных сооружений различного назначения. Комплексное использование подземного пространства в больших городах позволяет связать сооружения метрополитена с многофункциональными подземными и наземными объектами в единую систему жизнеобеспечения.
В этих условиях важное значение приобретает организация освоения подземного пространства, стремящаяся обобщить огромное количество накопленных фактов и внести вклад в создание общей теории проектирования освоения недр. Научные основы органи-
зации освоения подземного пространства позволяют конструировать современные системы подземных сооружений на основе сочетания новых строительных технологий, планировочных, архитектурных и конструктивных решений и использования свойств массива горных пород, достижений строительной геотехнологии и менеджмента.
Постановка задачи
В связи с поставленной научной проблемой необходимо решить следующие задания:
— систематизировать понятия, подходы и опыт освоения подземного пространства мегаполисов;
— исследовать закономерности и определить порядок освоения недр.
Изложения материала и результаты.
Главная цель подземной урбанистики состоит в обеспечении оптимальных условий труда, быта, отдыха и передвижения городского населения, увеличения площади открытых озелененных пространств на поверхности, формирования здоровой, удобной и эстетически привлекательной городской среды.
Объектами изучения строительной геотехнологии являются подземные сооружения горнодобывающих предприятий и энергетических комплексов, транспортные, гидротехнические, коммунальные тоннели, метрополитены, инженерные сооружения в подземном пространстве городов и другие подземные сооружения различного назначения.
По функциональному назначению подземные объекты (рис. 1) можно разделить на четыре группы:
© Пустовойтенко В. П., Гавриш О. Р., 2010
Подземные объекты
энергетические и
горнопрамьллленные комплексы,
промышленные предприятия,
транспортные магистрали и комплексы, аграрные предприятие хранилища долгосрочного резерва, складь; гаражи, автостоянку утипидоры
- экологического значения (хранилища-могильники для захоронения радиоактивных отходов и вредных веществ, опасные производства, захоронение промышленных отходов");
социально- быт ов ото назначения (библиотеки, клиники и больниць; офисы; товарные базь; музеи; водоочистные сооружения и хранилища в оды, бассейны; спортзаль; магазинь; киноконцертные заль; церкви, ресторань; научные центры);
Рис. 1. Подземные объекты по функциональному назначению
Растущий интерес к освоению подземного пространства в значительной мере обусловлен положительными качествами подземных сооружений. Использование подземного пространства для размещения объектов различного назначения, помимо повышения эффективности использования недр и экономии территории, позволяет существенно уменьшить затраты энергии на отопление и охлаждение помещений, сократить эксплуатационные расходы по сравнению с альтернативными объектами на поверхности, резко снизить влияние внешних климатических условий на внутреннюю среду помещений и др. Подземные объекты надежно защищены от прямого воздействия климатических факторов (температурных условий наружного воздуха, солнечной радиации, осадков, ветров, тайфунов, смерчей, экстремальных нагрузок и т.д.). Благодаря теплофизическим свойствам породного массива, в нем с глубиной резко уменьшается амплитуда температурных колебаний наружного воздуха, что обусловливает существенное уменьшение теплопотерь подземных сооружений, а также теплопоступ-ления из окружающей среды. Создаваемые при этом внутренние условия весьма благоприятны для размещения в подземных горных выработках складов продовольствия, винохранилищ, сейфов, кладовых кинофотоматериалов и документов, а также производств, требующих термоконстантных условий внутренней среды (радиоэлектроника, прецизионное машиностроение и др.). В связи с изоляцией от прямого воздействия климатических факторов умень-
шаются затраты на текущий ремонт и отопле-ние.[1].
Объекты, размещаемые в подземных горных выработках, характеризуются повышенной виброустойчивостью и акустической изоляцией по сравнению с наземными сооружениями. Уникальные акустические характеристики подземных объектов обеспечиваются за счет резкого затухания амплитуды звуковых волн, проходящих через породную толщу. Эти свойства особенно благоприятны для размещения в подземном пространстве объектов, требующих полной акустической изоляции от внешней среды (станции геофизических наблюдений, студии звукозаписи, радио и телевидение, лаборатории и др.). Виброустойчивость подземных сооружений позволяет организовывать в подземных горных выработках производственные процессы, требующие полного отсутствия вибрации несущих и ограждающих конструкций. Высокая способность породного массива защищать от внешних воздействий позволяет широко использовать подземные сооружения для укрытия людей от средств массового поражения и защиты от катастроф и стихийных бедствий. В подземных горных выработках соляных шахт лечат хронический бронхит, астму и другие заболевания людей. В недрах и пещерах размещают театры, церкви и концертные залы, выращивают саженцы деревьев, размещают кафе и рестораны, кинотеатры, гостиницы и т. п.
Расширение практики использования подземного пространства для хозяйственных целей в значительной мере связано с процессом урба-
низации, защитой окружающей среды от отрицательных воздействий транспортных инженерных систем и потенциально опасных производств, а также с целью сохранения энергии и захоронения вредных отходов ряда отраслей промышленности.
Особого внимания заслуживают подземные объекты для целей водоснабжения, хранения нефти, нефтепродуктов и различных видов горючего газа.
В современных условиях перспективным является строительство подземных атомных электрических станций как одного из направлений развития энергетики и обеспечения безопасности ядерной энергии.
О перспективности размещения в подземном пространстве объектов энергетики (тепловых, атомных, гидро- и пневмоаккумулирую-щих электростанций) свидетельствует уже то, что такие их структурно-технологические элементы, как шлаконакопители, системы очистки и переработки газопылевых и водных отходов, гидро- и пневмоаккумуляторы, можно разместить в подземном пространстве так же, как и аналогичные элементы вредных производств и объектов нефтехимической промышленности. Размещение под землей энергетических блоков АЭС и ТЭС (реакторов, котлов и т.д.) с позиций охраны окружающей среды вполне целесообразно, а по инженерно-геологическим и геомеханическим условиям возможно даже в массивах менее прочных, чем массивы гранитов или базальтов.
Во многих странах интенсивно развиваются прогрессивные направления подземного строительства. Так, например, подземные железные дороги, подземные скоростные трамваи и метрополитены позволяют уменьшить последствия перенаселенности больших городов, высвободить площади для жилой застройки на поверхности земли и пропустить большие грузопотоки людей. Глубокие подземные тоннели инженерных систем больших городов позволяют использовать их для многоцелевого использования (канализации, водопровода, ливневых вод, транспорта) и на этой основе обеспечить современную систему жизнеобеспечения при освоении подземного пространства городов.
Крупнейшие подземные станции по очистке сточных вод, расположенные в Стокгольме и Хельсинки, позволяют осуществить централизованно сбор, очистку и контроль вредных выбросов и сохранить исторические ландшафты. Дорожные тоннели на магистральных автодорогах и в городах позволяют сохранить жилые
массивы, ликвидировать транспортные заторы и могут служить убежищем для укрытия населения на военный период.
Построены подземные транспортные тоннели под акваториями, крупнейший из них - комплекс подземных тоннелей под проливом Ла-Манш; проектируются комплексы под Беринговым и Гибралтарским проливами.
Подземное хранение продуктов питания в подземных хранилищах и холодильниках широко применяется во многих странах. Подземные хранилища средней и малой емкости целесообразно размещать для хранения и переработки сельскохозяйственной продукции во всех регионах Украины.
Заслуживают внимания также подземные сооружения для хранения питьевой воды и аккумуляции воды, нагреваемой в солнечных установках на поверхности Земли.
Эффективность использования подземного пространства с точки зрения экономии энергозатрат подтверждается данными, приводимыми западными учеными. Приводя цифры огромных затрат на отопление современных высотных зданий они, например, отмечают, что 25...30 % всей энергии, потребляемой в Канаде, расходуется на отопление и охлаждение зданий. В то же время на подземных объектах энергетические затраты на 80.90 % ниже, чем на надземных. Экономия за счет этого фактора составляет от 6 до 12 долл./м2. На завод точного приборостроения в г. Канзас-Сити после перевода его в горные выработки потребность в энергии на отопление снизилась в 3 раза, а на охлаждение - в 10 раз. Весьма близкие расчеты сделаны и европейскими специалистами.
По данным норвежских специалистов, максимальные значения установленной мощности в подземном спортивном зале и подземном плавательном бассейне, сооруженных в скальном массиве, составили 61 и 44 % от наземного, а расход энергии за год - 70 и 44 %. Экономия теплоэнергии на существующих подземных объектах в Финляндии составляет 74 % в холодильниках, 20 % в спортивных бассейнах, 31 % в спортивных залах. Потребление теплоэнергии в подземных складах и хранилищах более чем на 32 % ниже, чем в соответствующих наземных сооружениях.
Основой освоения подземного пространства является принцип использования недр и их сохранения как видоизменяемого ресурса. Этот принцип предполагает, что извлечение того или иного ресурса недр необходимо планировать с учетом возможности создания условий возник-
новения иных ресурсов, использование кото- па при обеспечении экологического равновесия рых позволит не только компенсировать перво- окружающей среды.
начальные затраты, но и получить дополни- Для того чтобы рационально решать по-тельный хозяйственный, экономический или ставленную задачу необходимо использовать социальный эффект [2]. такой подход, который позволяет полнее и
В связи с этим параметры проектируемых многограннее обосновать приоритеты в освое-объектов, технологий их строительства и экс- нии подземного пространства (табл. 1). плуатации выбираются с учетом этого принци-
Таблица 1
Структура последовательности комплексного освоения недр
№ п/п Раздел Пути решения
1 Тенденции урбанизации исследования в области изучения тенденций изменения численности населения в городах, рост энергопотребления, усложнения инфраструктуры
2 Проектирование подземных сооружений исследования и обоснование социально-экономической целесообразности, технической возможности и экологической безопасности строительства подземных сооружений, месторасположения подземного сооружения, его формы и размеров, в зависимости от функционального назначения, горно-геологических условий строительства, технологии строительных работ и т.п.; горно-геологических условий строительства, технологии строительных работ и т.п.; стратегию и методы освоения природных и техногенных подземных пространств, стратегию и методы освоения природных и техногенных подземных пространств
3 Механика подземных сооружений оценка устойчивости подземных сооружений, исследование процессов взаимодействия инженерных конструкций с породными массивами и установление качественных и количественных характеристик их напряженно-деформированного состояния, изучение закономерностей формирования нагрузок с учетом влияния горного и гидростатического давления, сейсмического и геодинамического воздействия, температуры окружающей среды, влияния технологии ведения горно-строительных работ и т.п., обоснование новых материалов, рациональных типов и конструкций крепей и обделок, разработка новых методов расчета инженерных конструкций (крепи, обделки, породные конструкции, армирование), оценка их прочности, устойчивости и долговечности
4 Обоснование технологии строительства, реконструкции и восстановление подземных горных выработок исследования взаимосвязей элементов технологии горно-строительных работ, установление качественных и количественных параметров, определяющих выбор способов, техники и технологии строительства с учетом влияния природных и техногенных факторов на ее технико-экономические показатели, методов организации и управления работами по строительству одиночных горных выработок, комплексов подземных сооружений обычными и специальными способами, а также горнотехнических зданий и сооружений на поверхности; исследования и обоснование схем и способов технологии ремонта, реконструкции и восстановления подземных сооружений с целью увеличения срока их службы или повторного использования с новым функциональным назначением
5 Управление состоянием породного массива исследования и обоснование способов и технологических параметров процессов замораживания, химического укрепления, тампонажа, водо-понижения, осушения, разупрочнения пород и др., при строительстве, реконструкции и восстановлении подземных сооружений в сложных горно-геологических и горнотехнических условиях
Из таблицы становится понятным, что ус- теристик геологических структур земли, зако-пешное освоение подземного пространства номерностях проявлений различных физиче-предполагает использование системных пред- ских полей, достижениях в технологиях подставлений о взаимосвязанности природных и земного строительства и т. п. техногенных процессов, динамических харак-
Выводы
Освоение подземного пространства стало условием жизни и развития городов. Наивысшие достижения архитектуры в освоении подземного пространства воплощены в подземных сооружениях нового поколения, в том числе в многоуровневых и многофункциональных комплексах.
Комплексное освоение подземного пространства крупных городов осуществляется на основе применения различных архитектурных, объемно-планировочных и конструктивных решений и позволяет рационально использовать наземную территорию, содействует упорядочению транспортного обслуживания населения и повышению безопасности дорожного движения, снижает уличный шум и загрязнение воз-
духа, способствует повышению уровня жизни людей.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Пустовойтенко, В. П. Геотехшчне забезпечення пвдземного будiвництва в Украíнi [Текст] / В. П. Пустовойтенко. - К., 1999. - 257 с.
2. Шашенко, А. Н. Расчет несущих элементов подземных сооружений [Текст] / А. Н. Шашенко, В. П. Пустовойтенко. - К.: Наук. думка, 2001. -167 с.
3. Организация освоения подземного пространства. Свершения и надежды [Текст] : учеб. пособие / А. Н. Левченко и др.; под ред. акад. АГН Е. В. Петренко. - М.: Высш. шк., 2002. - 403 с.
Поступила в редколлегию 16.03.2010.
Принята к печати 22.03.2010.
