Введение
Крупные мегаполисы, такие как Москва, Санкт-Петербург, Екатеринбург, Ростов на Дону, Казань и другие нуждаются в развитии транспортных систем, которые должны обеспечивать все возрастающие объемы пассажирских перевозок. При этом, как правило, требуется обеспечить минимальные сроки строительства с обеспечением требуемого качества сооружаемых объектов.
Приходится констатировать, что в последнее время решать текущие задачи по развитию транспортных систем властям приходится исходя из уже сложившейся градостроительной ситуации. Например, в Москве за последние 25 - 30 лет вследствие стихийной застройки, как точечной, так и застройки целых микрорайонов, в отсутствии четкого долгосрочного градостроительного планирования (генеральный план развития неоднократно перерабатывался и переутверждался) сложилась ситуация, когда развивать систему транспортного обслуживания территорий приходится в авральном режиме.
Большой проблемой, если не главной, является отсутствие свободных территорий для организации стройплощадок и технических зон для сооружения и эксплуатации объектов транспортной инфраструктуры и в частности метрополитена. Данное обстоятельство ставит перед специалистами отрасли задачу минимизировать занимаемое сооружениями метрополитена пространство и затраты, связанные с освобождением территории и выносом инженерных коммуникаций, которые зачастую сопоставимы со стоимостью строительства самих сооружений метрополитена, а иногда и превосходят ее.
Существующие способы строительства линий метро
В настоящее время применяется несколько способов сооружения новых линий метро, которые могут быть скомбинированы в зависимости от условий строительства.
1. Способ строительства линии метро мелкого заложения при котором станционные комплексы сооружаются открытым способом в глубоких котлованах, которые в условиях городской застройки требуют применения удерживающих (ограждающих) конструкций для обеспечения сохранности грунтового массива, прилегающего к участку строительства, а перегонные тоннели, как правило, сооружаются закрытым способом с применением тоннелепроходческих механизированных комплексов (ТПМК) или, проще говоря, щитов. Этот способ считается наиболее рациональным в условиях наличия свободных территорий, чтобы раскрывать огромные котлованы и организовывать для этого большие стройплощадки, которые могут занимать территорию в несколько гектаров. Освобождение такой территории и вынос коммуникаций из зоны строительства порой оказывается просто невозможен в условиях плотной городской застройки. К примеру, на одном из участков Третьего Пересадочного Контура (ТПК) в Москве изначально планировалось строительство станций мелкого заложения, но в связи с вышеуказанными трудностями было изменено проектное решение и ряд станций заменили на глубокие. Открытый способ строительства станций имеет ряд разновидностей, в числе которых можно упомянуть испанский метод сооружения станций с применением шахтных стволов большого диаметра.
2. Способ строительства линии метро глубокого заложения при котором станционные комплексы сооружаются закрытым (горным) способом, а перегонные тоннели сооружаются, как правило, щитами (ТПМК) или горным способом (в редких случаях). Этот способ более дорогостоящий с точки зрения строительства самих станционных комплексов, однако требует меньшей территории под строительные площадки и меньшего объема выноса коммуникаций. Существенным недостатком при этом является медленная скорость строительства станционных комплексов горным способом, а в условиях дефицита квалифицированных проходчиков это становится решающим аргументом в пользу выбора других способов строительства.
3. Так называемый "Мадридский" способ строительства, который нашел применение в последние несколько лет в Москве при поддержке АО "Мосинжпроект". Суть его заключается в том, что станционные комплексы сооружаются открытым способом или способом "топ-даун" ("ап-даун"), а перегоны сооружаются в одном двухпутном тоннеле, что по некоторым критериям считается более выгодным. Основным недостатком, как и в первом случае, является необходимость занятия большой территории под стройплощадки с большим объемом работ по выносу инженерных коммуникаций.
4. Способ строительства надземных линий метро по типу Бутовской линии или линии "Легкого метро" в Москве, которые построены на мостовых конструкциях. Это наиболее дешевый способ строительства линий метро, но архитектурных облик, требования по шуму и вибрации, а также климатические факторы сильно ограничивают применение данного способа.
5. Открытый способ строительства и станционных комплексов и перегонных тоннелей линии мелкого заложения. Такой способ широко применялся в прошлом в европейских странах. В нашей стране этот способ также нашел применение на некоторых участках линий в эпоху индустриализации и массового применения сборного железобетона в строительстве. При наличии свободной от застройки и проложенных коммуникаций территории, а также при благоприятных инженерно-геологических условиях, такой способ по стоимости является сопоставимым с предыдущим способом, а по срокам может даже быть более выгодным при применении разработанной еще в СССР номенклатуры типовых сборных железобетонных элементов для сооружения конструкций перегонных тоннелей и станционных комплексов.
Новый способ строительства линии метро в тоннеле большого диаметра
Перед рассмотрением предлагаемого нового способа строительства линии метро сформулируем критерии для дальнейшего развития метрополитенов в крупных городах-мегаполисах. Их всего несколько.
- Обеспечение интеграции системы метрополитена и отдельных ее подсистем с другими транспортными системами.
- Обеспечение качества сооружаемых объектов и безопасности пассажирских перевозок.
- Сокращение сроков строительства и, как следствие, уменьшение стоимости строительства.
- Сокращение занимаемой территории для минимизации неудобств и расходов, связанных со строительством и последующей эксплуатацией.
- "Типизация" проектных решений для возможности их многократного применения с минимальными переработками.
Вышеуказанным требованиям отвечает предлагаемое решение строительства линии метро в тоннеле большого диаметра. Рассмотрим его подробнее.
Объемно-планировочные и конструктивные решения линии метро в тоннеле большого диаметра
Минимальный внутренний диаметр тоннеля составляет 13.0 м, что обеспечивает размещение двух путей с посадочными платформами, располагаемыми друг над другом, а также всех необходимых технических и технологических помещений и оборотных тупиков с одним путем. При этом посадочные платформы будут иметь ширину около 5 метров в свету (в зависимости от необходимости размещения сбоку от платформы инженерных коммуникаций и элементов интерьера), что соответствует требованиям СП 120.13330.2012 «Метрополитены»: ширина боковой платформы должна составлять не менее 4.0 м. Длина посадочной части платформы должна не менее чем на 8 м превышать расчетную длину поезда в перспективе.
Такой способ устройства посадочных платформ также позволяет упорядочить движение пассажиров и разделить направления, особенно на пересадочных станциях.
Для перехода с одной платформы на другую, а также для входа-выхода с предусматривается применение поэтажных эскалаторов с обеих сторон платформенного участка, которые, в зависимости от пассажиропотока, могут работать в различных режимах, как на спуск, так и на подъем.
Предлагаемый способ строительства является альтернативой вышеуказанным способам строительства и линий мелкого заложения, так как позволяет размещать станционные комплексы в городской среде наиболее оптимально, там, где они будут более удобны в использовании с занятием минимальной территории, и линиям глубокого заложения, так как сооружение станционных комплексов осуществляется гораздо проще и не требует привлечения большого количества квалифицированных проходчиков, которые порой работают с большим риском для жизни.
Станции и линии мелкого заложения, к тому же, могут оказывать влияние на существующие здания и сооружения, как на стадии строительства, так и на стадии эксплуатации. Линия в тоннеле большого диаметра может располагаться глубже от поверхности земли на столько, на сколько того требует градостроительная ситуация, а на поверхности могут располагаться только павильоны входов-выходов станций. Сами станции могут располагаться более часто, как того требует градостроительная ситуация.
Посредством эстакад внутри тоннеля обеспечивается необходимое планово-высотное изменение положения путей на переходных участках между станционными комплексами, оборотными тупиками, камерами съездов и портальными участками.
Количество станций на линии не будет оказывать серьезного влияния на стоимость линии в целом. Более углубленный анализ наглядно это покажет. В настоящий же момент данное утверждение может показаться не убедительным, однако далее мы еще вернемся к цене вопроса.
Архитектурные решения
С архитектурной точки зрения, станции такой линии будут проще и, возможно, менее выразительными в сравнении с построенными в советское время «подземными дворцами», однако в нынешних условиях повышенного спроса на скоростные виды транспорта, которые обеспечивали бы передвижение большого количества людей в прогнозируемые интервалы времени, фокусировать внимание следует в первую очередь на таких аспектах как удобство, безопасность, функциональность и скорость передвижения.
В качестве примера для описания того, на что могут быть похожи станции такой линии метро, можно привести станции парижского метро, но по моему глубокому убеждению, с архитектурной точки зрения, их можно сделать гораздо более привлекательными при сравнительно небольших капиталовложениях.
Технологические решения
Подробное описание всех технологических решений, которые предусматривает предлагаемый способ строительства в рамках данной статьи приводить не буду. Имеет смысл отметить следующее.
- Возможность устройства комфортной системы вентиляции станционных комплексов и перегонных тоннелей и решение вопросов, связанных с обеспечением пожарной безопасности при эксплуатации.
- Возможность применения составов, управляемых без помощи машиниста, а также рассмотреть применение составов на аккумуляторных батареях, которые могут заряжаться в оборотных тупиках или в депо и тем самым упростить технологию функционирования линии.
- Возможность применения лифтов для доступа непосредственно в уровень платформ при частом расположении станций и (или) применение поэтажных эскалаторов вместо протяженных наклонных ходов и громоздких эскалаторов, ремонт которых является продолжительным и доставляет неудобства пассажирам.
- Возможность упорядочить хаотичное передвижение пассажиров на путях следования.
Организация строительства
Для сооружения такого тоннеля необходим тоннелепроходческий комплекс диаметром не менее 14.8 м, скорость проходки которого в среднем составляет около 300 метров в месяц. После проходки тоннеля производятся: работы по возведению конструкций из монолитного или сборного железобетона, отделка станций, сооружение верхнего строения пути прокладка инженерных коммуникаций и пусконаладочные работы. При применении одного щита и выполнении определенной последовательности проведения работ линию метро протяженностью в 10 км и имеющую 6-7 станций возможно построить за 6 лет.
Цена вопроса
Стоимость строительства такой линии, с учетом выноса коммуникаций по предварительным оценкам не превысит 100 млрд. рублей (за 10 км линии, включая 6-7 станций). Данная стоимость определена на основании анализа стоимостей построенных объектов в период с 2005 года. В настоящее время имеется тенденция к изменению применяемых сметных нормативов в сторону уменьшения, в связи с чем есть основания утверждать, что вышеуказанная стоимость может быть ниже на 10-20%.
От теории к практике
Основной вопрос - где взять необходимый ТПМК? И на этот вопросу сразу находим актуальный в нынешнее время ответ - поставить конкретную задачу и придать импульс развитию соответствующей отрасли отечественного машиностроения, о необходимости возрождения которой уже давно говорят профессиональные инженеры-строители и видные представители мира науки.
В настоящее время уже имеется успешный опыт сооружения Северо-Западного тоннеля (Серебряноборские тоннели) и Лефортовского тоннеля щитом диаметром 14.2 м, что целесообразно учитывать при дальнейшей работе над предлагаемым решением.
Для максимального сокращения сроков строительства целесообразно рассмотреть возможность разработки номенклатуры сборных железобетонных элементов конструкций, которые могут быть использованы для станционных комплексов и прочих сооружений линии и изготовляться на заводах жби с доставкой автотранспортом к месту производства работ и подачей в сооружаемый тоннель.
В предлагаемом решении количество станций на линии, как уже говорилось ранее, кардинально не будет изменять стоимость строительства. Иными словами, станции можно располагать чаще, с минимальным интервалом, что в свою очередь создаст больше удобств и будет способствовать лучшему транспортному обслуживанию и обеспечению шаговой доступности метро. Более частое расположение станций также будет снижать пассажирскую нагрузку на входы-выходы вестибюлей и можно в этом случае рассматривать применение лифтов для доступа пассажиров непосредственно в уровень посадочных платформ. Данное обстоятельство также благоприятно и с точки зрения доступности для маломобильных групп населения, а применение лифтов дает сокращение занимаемых входами-выходами городских территорий. Входы-выходы (лифтовые шахты) возможно располагать вблизи транспортно-пересадочных узлов, крупных станций или остановок общественного транспорта. При этом, для сооружения шахтных стволов могут также применяться тоннелепроходческие комплексы.
Важным фактором является и то, что предлагаемое решение может быть унифицировано и может стать «типовым» проектом. В процессе разработки проектной документации целесообразно рассмотреть варианты объемно-планировочных, конструктивных и технологических решений с целью выявления оптимальных параметров конструкций и применяемого оборудования. Несомненно, в каждом конкретном случае проект будет иметь свои отличительные особенности, но тщательная проработка предлагаемого решения позволит более точно определить и оптимизировать основные параметры, такие как: внутренний диаметр тоннеля, диаметр тоннелепроходческого комплекса (щита), параметры внутренних конструкций, типы и параметры технологического оборудования, также как и выработать наиболее эргономичные объемно-планировочные решения. В ходе реализации первого такого проекта будут, что называется, «обкатаны» применяемые решения и технология строительства в целом, что позволит определить оптимальные единичные расценки. После первого применения, в дальнейшем уже не потребуется детальная разработка проекта щита и оснастки для производства тоннельной обделки.
Первыми практическими шагами должны быть разработка проектной документации на линию метрополитена с подробной проработкой объемно-планировочных, конструктивных и технологических решений, а также разработка проекта тоннелепроходческого комплекса и оснастки для производства элементов тоннельной обделки, которые могут быть реализованы силами отечественной промышленности, что может являться дополнительным драйвером для развития экономики в целом и отдельных отраслей.
Полностью статья размещена на сайте www.entera.info.