Будівництво підземне
 | Стаття не входить до енциклопедії. |
Будівництво підземне — область технічної діяльності, будівельних і гірничих наук та технологій, що забезпечує проектування, спорудження та реконструкцію підземних споруд різного призначення з метою освоєння та раціонального використання георесурсів надр (підземного простору, корисних копалин, теплової енергії тощо).
Із будівництва підземного виокремлюють в осібну підгалузь шахтне будівництво, пов’язане з розробкою корисних копалин.
Історична довідка
Будівництво підземне бере витоки із пристосування природних печер і гротів до вимог життя первісної людини. Створення штучних печерних поселень і сакральних споруд отримало значний розвиток з появою металевих знарядь для руйнування гірських порід (починаючи з енеоліту). Потужні осередки неолітичних копалень (тисячі шахтних стовбурів глибиною до 20 м) виявлені в Граймс-Грейвс (Велика Британія), Сп’єн (Бельгія), Каса-Монтеро (Іспанія), Кшемьонки (Польща), Красне Село (Білорусь) та ін.
Практика будівництва підземних (печерних) поселень і оборонних споруд у гірських масивах була поширена у середземноморському регіоні, на Кавказі, в Криму, на Близькому Сході, в Індії та Китаї. Серед найбільших — комплекс із 36 підземних міст у вулканічних туфах Каппадокії (Центральна Туреччина), будівництво яких розпочалося за часів хетів (2 тис. до н.е.), а найбільший розвиток отримало у ранньому середньовіччі (поселення християнських громад). Найбільш дослідженим є місто Дерінкую (Глибокий колодязь), яке має бл. 2 тис. приміщень (церкви, житлові камери, приміщення для домашніх тварин, резервуари для води, склади, винні погреби, пішохідні галереї тощо) й нараховує до 600 виходів на поверхню, серед них — 52 вертикальні стовбури (найглибший — 120 м); тут могли одночасно знаходитись до 10 тис. осіб. В Україні туристичного значення набули печерні міста Криму: Чуфут-Кале, Ескі-Кермен, Киз-Кермен, Мангуп, Каламіта та ін.
З первісних часів будуються сакральні підземні споруди — гробниці, святилища, пізніше — храми й монастирі. У найдавніших традиціях гробниці вирубувались у скельних масивах (найвідоміша — Гріб Господній). Давньоєгипетські піраміди містили заглиблені погребальні камери й систему вертикальних, горизонтальних і похилих виробок. Приміром, у піраміди Джосера (2700 до н.е.), що являла собою родинний склеп, центральна шахта перерізом 7 х 7 м йшла на глибину 27,5 м, а надземна споруда сягала висоти 60 м. Два храми фараона Рамзеса II в Абу-Сімбелі були споруджені в масиві рожевого пісковику в 13 ст. до н.е., розміри камер: довжина 17,5 м, ширина 16 м, висота 10 м, простягання вглиб скелі — бл. 60 м. Комплекс печерних храмів і монастирів у Петрі (Йорданія) був збудований у червоних пісковиках приблизно в 3 ст. до н.е. і на початку нашої ери став релігійним центром Близького Сходу. Храмові комплекси в середньовічній Центральній Індії утворювали з окремих гірських масивів, поверхню яких мистецьки обробляли, а в середині вирубували склеписті камери. Серед найбільших храмових комплексів виділяють Аджанту (29 печерних комплексів) і Еллор (34 храми). Печерні монастирі були характерні для християнської та буддійської релігійних традицій. В Україні — Києво-Печерська й Святогорська лаври, Інкерманський і Успенський монастирі в Криму та ін. Підземними містами й храмами стали численні катакомби великих міст, що виникли як порожнини (виробки) після видобутку будівельного каменю: катакомби Риму, Неаполю, Парижу, Одеси та ін.
Розвиток давніх міст сприяв поширенню гідротехнічного підземного будівництва, зокрема спорудженню гідротехнічних тунелів, що забезпечують міста водою, а також каналізаційних колекторів. Окремі гідротехнічні споруди в Месопотамії та на о. Крит датують бл. 2000 до н.е. На початку 7 ст. до н. е. в Єрусалимі збудовано Силоамський тунель (згадується в «Четвертій книзі Царств»), який перепускав воду від джерела Гіхон до силоамського резервуару (під Містом Давида), довжина тунелю — 533 м, висота перерізу — 3 м, глибина закладання — до 50 м. У 6 ст. до н.е. на о. Самос (територія Греції) пройдений гідротехнічний Евпалінів тунель довжиною бл. 1 км, у підошві тунелю був створений водогінний канал глибиною до 9 м і шириною 1 м (тепер тунель — об’єкт туризму). Перша масштабна система водопостачання була створена у Давньому Римі, перший підземний акведук (водогін) був збудований у 312 до н.е., останній у 226 н.е., загальна протяжність 11 римських акведуків (більшість з яких складали гідротехнічні тунелі й трубні колектори) — 560 км. Гай Пліній Секунд залишив опис будівництва гідротехнічного тунелю через пагорби Монте-Сальвіано в районі озера Фучино, довжина якого перевищувала 5,5 км, висота перерізу — 6 м, для забезпечення вентиляції було пройдено 40 вертикальних стовбурів глибиною до 120 м, впродовж 11 років тут постійно працювали бл. 30 тис. чоловік (середина 1 ст. до н.е.). Гідротехнічні системи меншого масштабу будували і в інших містах Римської імперії. Їх використовували римляни також для гідравлічного способу видобутку корисних копалин (див. Арругії), осушення територій тощо.
Перші каналізаційні системи були збудовані у великих містах Стародавнього Сходу Мохенджо-Даро, Вавилон, Ліньцзи (тепер м. Цзибо, провінція Шаньдун, Китай). Каналізація Давнього Риму, зокрема її великий стічний канал Клоака Максима (довжина тунелю — 320 м, переріз — 3 х 4 м), створювалась у 6 ст. до н. е. і починалась із будівництва дренажних (водовідвідних) тунелів між Палатином і Капітолієм. До 17 ст. Клоака Максима залишалась єдиним каналізаційним тунелем-колектором на території Європи.
Найдавніший підводний пішохідний тунель проходив під р. Єфратом і поєднував дві частини Вавилону (храм Мардука та царський палац). Діодор Сицилійський в «Історичній бібліотеці» подає опис будівництва тунелю: спершу була зведена гребля, яка відвела води Єфрату від місця спорудження тунелю, будівництво йшло відкритим (траншейним) способом, оправу мурували з міцної цегли й покривали ззовні та зсередини товстим шаром бітуму, потім заглиблену споруду засипали ґрунтом і пустили річку старим руслом (довжина тунелю склала 929 м, ширина і висота перерізу — відповідно 4,6 м і 3,7 м). Будівництво датують 12 ст. до н. е. Транспортні (пішохідні й гужові) тунелі будували в Римській імперії, але в значно менших масштабах ніж гідротехнічні. Для руйнування міцних гірських порід застосовували «вогневий метод»: вибій тунелю розпікали багаттям, а потім заливали водою, що призводило до розтріскування породи від різкого перепаду температур. За допомоги зубил і молотків здійснювали подальше руйнування порід і просування виробки.
Новий етап будівництва транспортних тунелів виникає в 17 ст. із початком застосування вибухових робіт для проведення гірничих виробок (перша письмова згадка — рудник Банська Штявниця, 1627). Для розвитку систем річкового транспорту разом з каналами будувались судноплавні тунелі. Їх масштабне спорудження за допомогою вибухових робіт розпочалось у 1679 у Франції з будівництва підземної частини Лангедокського каналу, що сполучав р. Гаррону з Середземним морем (Малпаський тунель, довжина 165 м, висота перерізу — 8 м). Загальне число судноплавних тунелів у Франції сягало 40, в Англії — 60, причому частина з них забезпечувала водний транспорт вугілля з шахт (найдовший — тунель Харкестль поблизу м. Манчестера довжиною 2 632 м, 1769). У містах також будували системи підземних водних тунелів, якими в човнах транспортували вантажі й товари до складів і магазинів (в Україні такий досвід мав Кам’янець-Подільський).
Перший залізничний тунель було прокладено 1826–1830 в Англії на лінії Ліверпуль — Манчестер (довжина 1 190 м). У той же час у Франції був побудований залізничний тунель на лінії Роанн — Ан Дрезена. У США перший залізничний тунель був споруджений в 1831–1833 на лінії Аллегені — Портедж в шт. Пенсильвані (довжина 270 м, ширина й висота перерізу відповідно 6,1 і 5,8 м). Значні зміни в технології будівництва тунелів у міцних породах сталися після винаходу Дж. Коучем (США) пневматичного перфоратору для буріння шпурів (1849), що різко збільшило темпи ведення вибухових робіт. Вперше механічне буріння було застосоване 1861 при будівництві двохколійного Мон-Сеніського альпійського тунелю між Францією та Італією (протяжність — 12 850 м, період будівництва — 1857–1871). При будівництві другого альпійського тунелю — Сен-Готардського (протяжність — 16300 м, період будівництва 1871–1882) — був вперше замість пороху застосований динаміт А. Нобеля, застосовані гідравлічні бурильні машини та механічна відкатка породи. Симплонский тунель між Італією та Швейцарією (протяжність — 19 780 м, період будівництва 1898–1906) споруджували двома паралельними одноколійними виробками на відстані 17 м одна від іншої. У Швейцарії до 1915 загальна кількість тунелів складала 627, а протяжність — 281 км. Перші залізничні тунелі на території України будують з 1874, один з найбільших — Бескидський довжиною 1 750 м — був споруджений у 1886 на Бескидському перевалі Карпат (у 2018 тут збудовано паралельний Новий Бескидський тунель Мукачівської дистанції Львівської залізниці). З 1890 паровози починають замінювати потягами на електричній тязі (вперше — в Англії), що значно покращило умови користування залізничними тунелями.
Важливим кроком розвитку будівництва підземного став винахід М. Брюнелем прохідницького щита (1825) й створення ним технології щитової проходки підземних виробок у слабких породах (ґрунтах), яку вперше застосували при спорудженні тунелю під р. Темзою (м. Лондон, 1825–1842), а надалі широко використовували для будівництва прогінних тунелів метрополітену. Перший проект метрополітену (підземної міської залізниці) був здійснений у Лондоні в 1860–1863, будівництво тунелю мілкого закладання велось відкритим (траншейним) способом і поєднало периферійні вокзали Паддінгтон і Кінгс-Крос зі станцією Фаррінгдон; головний інженер будівництва — Дж. Фавлер (1817–1898; Велика Британія). Протягом наступних десятиріч будівництво ліній метрополітену починається в багатьох столицях і мегаполісах світу: 1875 — у Стамбулі (збудований «Тюнель» довжиною 573 м функціонував за принципом підземного фунікулера), 1897 у Бостоні розпочав роботу перший підземний метрополітен США, 1904 — у Нью-Йорку, 1907 — у Філадельфії (наземні лінії метра будували у США з 1885); 1896 — в Будапешті (перший у континентальній Європі) та Глазго, 1898 — у Відні, 1900 — в Парижі, 1902 — в Берліні, 1912 — в Гамбурзі, 1913 — в Буенос-Айресі (перший у Південній Америці), 1919 — в Мадриді, 1924 — в Барселоні, 1927 — в Токіо (перший в Азії), 1935 — в Москві, 1950 — в Стокгольмі, 1960 — в Києві та ін.
Мережі метрополітенів дали поштовх для початку розвитку підземної урбаністики й багатофункціонального використання міського підземного простору для суспільних потреб (підземні вокзали, автомобільні паркінги, торговельні центри, склади, спортивні комплекси, готелі тощо). У 1933 була створена міжнародна організація з дослідження проблем підземної урбаністики GECUS (Group for the study and coordination of underground space) і розроблені перші концепти розвитку «підземного міста». Перший підземний автомобільний паркінг збудований у 1910 в будинку Міла в Барселоні (архітектор — А. Гауді). У 1939 у м. Кардіффі (США) був збудований перший підземний паркінг під міською площею (глибина закладання — 10,7 м). Спорудження в стислі терміни 41 підземного паркінгу в Парижі (концепція Е. Утюджана, 1953) забезпечило системне освоєння міського підземного простору з поверненням автентичності історичному середмістю. Найбільший підземний паркінг на 2 400 авто (2021) знаходиться в м. Торонто (Канада). Перший автомобільний тунель був збудований 1927 в США під р. Гудзон і зв’язав Кеннел-Стріт на Мангеттені з 12-ю та 13-ю вулицями західного передмістя Нью-Йорка Джерсі-Сіті. Будівництво міських автомобільних тунелів у Європі розпочалось 1967 у Франції (міста Марсель, Ніцца, Париж), а на початку 21 ст. більшість мегаполісів світу вже мали автомобільні тунелі (найбільш масштабні міські проекти — Великий бостонський тунель, Бостон; тунелі кільцевої магістралі М-30, Мадрид; тунель Ямате, Токіо; тунель під р. Янцзи, Шанхай та ін.). Першим системно спланованим «підземним містом» є підземний простір м. Гельсінкі, в якому функціонують понад 400 взаємопов’язаних підземних об’єктів загальною площею близько 9 млн. м2 (план розроблений 1972). Масштабне освоєння підземного простору проводять міста Монреаль, Торонто, Міннеаполіс, Оклахома, Мюнхен, Токіо, Осака, Пекін, Шанхай, Сінгапур, Сідней та ін.
Підземні об’єкти спеціального призначення (оборонні споруди, заводи, енергетичні об’єкти, сховища вуглеводнів та відходів) набувають широкого розповсюдження після Першої світової війни. Військові об’єкти: оборонні лінії (приміром, Лінія Мажино, Франція, 1929–1934), військові підземні заводи (приміром, авіаційні заводи фірми Мессершмітт, Німеччина, 1938–1945), командні пункти (приміром бункер А. Гітлера Майбах у м. Цоссені, Німеччина, 1936–1939), укриття (приміром, підземне укриття для підводних човнів у м. Балаклаві, Україна, 1957–1961), шахти для ракет, сховища цивільної оборони (найбільше в світі — підземний комплекс у середмісті Пекіна загальною площею бл. 85 км2, 1970-ті) та ін. Перша підземна гідроелектростанція Європи була збудована 1922 у дренажній штольні шахти «Фердинанд» у Кремниці, Словаччина, а підземна атомна електростанція — у складі Красноярського гірничо-хімічного комбінату в 1966 (Росія). Перші підземні газосховища створені в 1915 на родовищі Зоор поблизу м. Буффало, США. Перші підземні нафтосховища були споруджені під час Другої світової війни у Німеччині, Японії та США, наприкінці 1940-х — у Норвегії, Швеції та Фінляндії. Україна має 12 підземних сховищ газу, що за своїм сумарним об'ємом (понад 32 млрд. м3) є найбільшими в Європі (перше Олешківське збудоване в 1964 для надійного газозабезпечення м. Києва). Будівництво підземних заводів і дослідних центрів часто пов’язане з властивістю підземного простору зберігати сталі температури, ізолювати середовище від шуму, динамічних впливів, забезпечувати захист у разі техногенних аварій та ін., що знайшло поширення в різних галузях, зокрема у виноробстві (приміром, Артемівський завод шампанських вин), у розміщенні наукових лабораторій (приміром, Великий адронний колайдер) та ін.
Технології
Будівництво підземне включає спорудження виробки (підземної порожнини) заданих розмірів і місця розташування та забезпечення стійкості виробки шляхом кріплення та/або зміцнення оточуючого масиву гірських порід (ґрунтів).
Спорудження виробок ведуть відкритим (траншеї, котловани) та підземним (стовбури, галереї, тунелі, камери) способами. Відкритий спосіб застосовують при будівництві споруд мілкого закладання (до 20 м), використовують екскаваторну та бульдозерну техніку, для утримання стін котловану чи траншеї застосовують спосіб «стіна в ґрунті», системи суцільних ґрунтонабивних паль, анкерування ґрунтового масиву. Гірничий спосіб застосовують переважно при будівництві споруд глибокого закладання, для руйнування порід використовують вибухові роботи, прохідницькі гірничі комбайни, прохідницькі щити, для забезпечення стійкості й проектних розмірів застосовують кріплення гірничих виробок (монолітне чи збірне бетонне й залізобетонне, анкерне та його комбінації з набризкбетоном, тюбінгове, рамне та ін.) та зміцнення гірського масиву (ін’єкція скріплювальних сумішей, анкерування та ін.). Використовують також cпеціальні способи проведення виробок — із застосуванням стисненого повітря, зниження рівня підземних вод, штучного заморожування ґрунту або хімічного закріплювання його спеціальними розчинами тощо. Для спорудження тунелів малих діаметрів застосовують способи продавлювання (перше застосування — Гамбург, 1982) й проколу за допомогою домкратів, а також направлене буріння з протяганням гнучких труб. Важливою складовою будівництва підземного є гідроізоляція підземних споруд (тампонаж закріпного простору та гірських порід, набризкбетон, полімернабризк, внутрішня та зовнішня обклеювальна гідроізоляція кріплення та ін.)
Унікальні об’єкти
Найбільші в світі гідротехнічні тунелі: Делаверський акведук між західним берегом р. Гудзон і v/ Нью-Йорком (довжина — 137 км, діаметр — 4,1 м, збудований 1939–1945) та Водогін Пяйянне між м. Гельсінкі та озером Пайянне (довжина 120 км, площа перерізу — 16 м2, збудований у 1972–1982).
Найбільші підводні залізничні тунелі: Сейканський тунель під Сангарською протокою, що сполучає острови Хонсю та Хоккайдо, Японія (довжина — 53,85 км, підводний фрагмент — 23,3 км, закладений на глибині 140 м нижче морського дна, збудований 1964–1988) та Євротунель під Ла-Маншем.
Найбільш швидкісний автомобільний тунель протяжністю 2 км для потокового транспортування автомобілів зі швидкістю 240 км/год. на спеціальних платформах збудований під м. Хортоном у передмісті Лос-Анджелеса (проект компанії Ілона Маска The Boring Company).
Найбільший підземний торговельно-розважальний комплекс «Шлях» збудований у Торонто (площа — 371,6 тис. м2, 1,2 тис. магазинів, мережа тунелів довжиною 27 км, сполучення з 6 станціями метрополітену, понад 100 тис. щоденних відвідувачів, 2019).
Найбільша підземна захисна споруда від природних катастроф — система виробок для запобігання затопленню м. Токіо під час повеней чи цунамі (при катастрофі вода буде спрямована в підготовлені підземні камери висотою 65 м і шириною 32 м і спущена тунелями протяжністю 6 км в океан, рятуючи наземне місто від затоплення).
Література
- P. H. Gilbert et al., Underground Engineering for Sustainble Urban Development. Washington: The National Academies Press, 2013.
- Гайко Г.І., Білецький В.С. Гірництво в історії цивілізації. Київ : Видавничий дім «Києво-Могилянська академія», 2016. 484 с.
- Панкратова Н.Д., Гайко Г.І., Савченко І.О. Розвиток підземної урбаністики як системи альтернативних проєктних конфігурацій. Київ: Наукова думка, 2020. 152 с.
- Самедов А.М., Кравець В.Г. Будівництво міських підземних споруд. Київ: НТУУ «КПІ», 2011. 400 с.
- Більченко А. В. Будівництво транспортних тунелів і метрополітенів. Харків: Нац. автомоб.-дорож. ун-т, 2012. 183 c.
- Картозия Б. А., Федунец Б. И., Шуплик М. Н. и др. Шахтное и подземное строительство. В 2-х т. Москва: Изд-во Моск. гос. горн. ун-та, 2003. 732+815 с.
- Протосеня А. Г., Огородников Ю.Н., Очкуров В. И. Актуальные проблемы строительной геотехнологии. Санкт-Петербург : Изд-во Санкт-Петербургского государственного горного ун-та, 2002. 84 с.
- Лысиков Б. А., Каплюхин А.А. Использование подземного пространства. Донецк : Норд-Пресс, 2005. 348 с.
- Беннет Д. Метро: история подземных железных дорог: пер. с англ. Москва, 2005. 176 с.
- Коуэн Г. Дж. Мастера строительного искусства: История проектирования сооружений и среды обитания со времен древнего Египта до ХІХ века: Пер. с англ. Москва : Стройиздат, 1982. 240 с.
Автор ВУЕ
Статус гасла: Оприлюднено
Оприлюднено: 12.01.2020
Важливо!
Ворог не зупиняється у гібридній війні і постійно атакує наш інформаційний простір фейками.
Ми закликаємо послуговуватися інформацією лише з офіційних сторінок органів влади.
Збережіть собі офіційні сторінки Національної поліції України та обласних управлінь поліції, аби оперативно отримувати правдиву інформацію.
Отримуйте інформацію тільки з офіційних сайтів
Офіс Президента України
Верховна Рада України
Кабінет Міністрів України
Служба безпеки України
Міністерство оборони України
Міністерство внутрішніх справ України
Національна поліція України
