как консервируют тоннели метро
Как строили метро Санкт-Петербурга и почему оно не протекает
«Впредь прожектами не заниматься, а упражняться в промыслах, ему свойственных», – так петербургские власти ответили купцу, который еще в XIX веке предложил построить пешеходный тоннель под Невой, чтобы связать Адмиралтейство и Васильевский остров. К чести госслужащих, несмотря на отказ, за свою идею мужчина получил 200 золотых рублей из казны.
Первые официальные проекты петербургского метро появились в начале прошлого века, и большинство из них были наземными. Например, схема инженера Петра Балинского предусматривала строительство 6 городских линий, включая две большие кольцевые общей протяженностью в 102 км. Из-за огромной цены в 190 млн рублей Николай II отклонил проект, а потом произошли революции 1905 и 1917 годов и про метро власти забыли.
Подземку начали строить только в 1941 году, но во время войны силы метростроя перебросили на возведение складов и железнодорожных веток в осажденном Ленинграде. Строительство метро возобновилось лишь в 1947 году. Через 8 лет сдали первую очередь подземки от «Площади Восстания» до «Автово», а сейчас в петербургском метрополитене уже 5 линий и 72 станции.
Рассказываем, как строили питерскую подземку и какие тайны она хранит.
Почему метро Санкт-Петербурга самое глубокое в мире
В среднем станции петербургской подземки находятся на уровне в 57 метров под землей, а самая глубокая из них – «Адмиралтейская», 86 метров. Связано это с тем, что город стоит на подвижных водонасыщенных грунтах и долгое время не было технологий, которые позволяли в них строить.
Поэтому станции закладывали на глубине, где лежит плотная осадочная горная порода – кембрийская глина. Она отлично сопротивляется влаге, так что ее используют для строительства фундаментов на земле с высоким уровнем грунтовых вод, а еще добавляют в состав кладочных и штукатурных растворов.
Как строили подземку
В первые годы работали вручную отбойными молотками и лопатами, как на рудниках. Только в 1949 году у ленинградских строителей появился первый метропроходческий щит: он вгрызается в породу ротором с резцами, а затем ее отводят на конвейер и вывозят из тоннеля. Правда, чтобы щит и рабочие попали под землю, сначала нужно построить шахту или «вертикальный ствол».
Для этого необходимо заморозить «плывуны» – пески, пропитанные грунтовыми водами. С ними не могут работать ни машины, ни люди. Делается это так: по периметру «ствола» бурят скважины вплоть до кембрийских глин, в них опускают пластиковые трубы и заливают воду с солями. Затем установки на поверхности начинают гонять эту холодную воду по кругу, как в морозилке, и за два месяца грунт замерзает.
Что происходит после заморозки
Экскаватором и отбойными молотками грунт вырубают на метр. После этого по периметру шахты собирают железобетонное кольцо, а зазор между ним и грунтом нагнетают уплотняющими и гидроизолирующими растворами. После все повторяется: разработка грунта, установка кольца и нагнетание. Только когда нужная глубина будет достигнута, в специальном помещении или «камере» уже собирают щит, который и начнет прокладку тоннеля.
Зачем нужны закрытые платформы
Из всех российских метрополитенов только в Петербургском есть закрытые станции. Например, «Гостиный двор» или «Петроградская». На них залы огорожены от путей стенами с дверями, которые открываются после прибытия поезда. Из-за этой конструкции их часто называют «горизонтальными лифтами».
Источник: metro.spb.ru
Причина, по которой появились закрытые станции, куда прозаичнее – их было дешевле возводить за счет более простой технологии. При строительстве не требовался сложный перемонтаж проходческого щита, а скрытым от глаз тоннелям не нужна была дорогостоящая отделка.
На практике же оказалось, что всю экономию «съедает» обслуживание: электромоторы дверей, что открываются и закрываются сотни раз в день, расходуют много электричества, а еще их надо чинить и платить зарплату ремонтникам. И так начиная с 1961 года, когда построили первую закрытую станцию – «Парк Победы». К тому же у «горизонтальных лифтов» очень низкая пропускная способность.
Исчезнувший Сталин
Никита Хрущев, главный борец с культом личности Сталина, пришел к власти в год смерти «отца народов» – 1953, а первую очередь ленинградского метро запустили в 1955 году.
Источник: spb.aif.ru
После смены вождей архитекторы станции «Автово» успели скорректировать проект под новую действительность. Так под потолком кассового зала вместо надписи «Великому Сталину слава» появилась другая – «Доблестным защитникам Ленинграда, в битвах отстоявшим город-герой».
Куда пропала мозаика с «Нарвской»
По легенде, другая станция первой очереди питерской подземки – «Нарвская» – должна была называться «Сталинской». Однако знатоки истории метро говорят, что ни на одном чертеже этого варианта нет. Фигурировали «Площадь Стачек» или «Нарвские ворота», без упоминания имени Сталина.
Изначально главным украшением станции была мозаика «Сталин на трибуне», но в рамках борьбы с культом личности в 1961 году от панно решили избавиться. По одной из версий, его закрыли мраморной фальш-стеной не снимая. По другой – разобрали и увезли. В любом случае, сегодня доподлинно неизвестно, сохранилась ли мозаика.
Источник: twitter.com/tutanxomon
Перронный зал «Нарвской» украшают 48 рельефных изображений людей разных профессий. Есть мнение, что на горельефе «Слава труду!» в центре тоже должен был стоять Сталин, но вместо него там появился человек с флагом. Возможно, именно поэтому на обычного работягу окружающая толпа смотрит с особым воодушевлением.
«Адмиралтейская» – станция-призрак
В 1974 году на перегоне между станциями «Лесная» и «Площадь Мужества» произошел размыв – в нижнем тоннеле пробурили разведочную скважину и в него хлынула вода. Рабочим едва удалось задраить затвор, чтобы спастись. В итоге километр тоннелей затопило, а на поверхности образовались провалы и треснули здания. Авария повторилась в 1994 году, когда вода с песком промыла металл и бетон.
Чтобы избежать подобных сюрпризов, станцию «Адмиралтейская» решили проложить как можно глубже. Она появилась на чертежах еще в 50-х, но из-за очень сложного грунта, близости Невы и обилия исторической застройки на поверхности возводить ее было очень сложно.
Какие сложности возникли у строителей
Заложили ее только в 1997 году, но вплоть до открытия в 2011 она была «станцией-призраком», которую поезда проезжали без остановки, а пассажиры из них видели лишь полутемный зал.
Возведение затянулось и потому, что стройматериалы на станцию подвозили поездом ночью или доставляли со стороны шахты, которая была на углу Загородного проспекта и Гороховой улицы. Строителям приходилось мотаться по два километра туда и обратно по служебной узкоколейке, чтобы привезти материалы или увезти разработанную глину.
Почему метро не протекает
Одно из главных требований к станциям при строительстве – безопасность пассажиров. Тоннели должны быть надежно изолированы от пара и грунтовых вод, которые постепенно подтачивают конструкции станций, что может привести к разрушению сводов метро.
Несмотря на наличие приточно-вытяжной системы вентиляции, влага воздействует на конструкции метро и с внутренней, и с внешней стороны, а постоянное движение поездов вызывает повышенные вибрационные нагрузки в тоннелях. Поэтому в обслуживании подземки очень большую роль играет устройство гидро- и пароизоляции.
Как правило, защита от влаги реализуется разными способами, например, нагнетанием бетонного раствора и торкретированием поверхности или монтажом оклеечной или обмазочной гидроизоляции. Так для защиты станции «Беговая», открытой в 2018 году, используются материалы компании ТЕХНОНИКОЛЬ.
Что удерживает влагу от попадания в метро
Гидроизоляционная мембрана «Техноэласт» надежно защищает конструкции от влаги и любых биологических воздействий окружающей среды. Ее производят на армированной основе, а сверху наносят высококачественное битумно-полимерное покрытие с минеральным наполнителем и противопожарными добавками. Срок ее службы – 60 лет. Также у материала есть еще несколько существенных плюсов:
Одно из важнейших преимуществ мембраны «Техноэласт» – это возможность монтажа как методом сплошной приклейки к основанию, так и свободной укладки. Он позволяет создать надежную гидроизоляцию без сплошной приклейки к основанию и работать по влажным поверхностям.
Мембрана «Паробарьер» противостоит водням парам внутри станции. Она производится на основе стеклосетки – это более прочная и надежная альтернатива полиэтиленовым материалам. В качестве клеящего слоя в мембране используется смесь стирольных полимеров и битума повышенной клейкости, а нижняя поверхность закрыта легкосъемной пленкой. Среди преимуществ материала можно выделить следующие:
Из-за абсолютной паропроницаемости, ее особенно рекомендуется использовать в помещениях с повышенной влажностью (бассейнах, аквапарках или банных комплексах), а также с поддержанием отрицательных температур (зданиях-холодильниках или охлаждаемых складах).
Пароизоляция
Благодаря гибкости и прочности, а также технологии монтажа методом наплавления, все рулонные материалы ТЕХНОНИКОЛЬ надежны и долговечны, поэтому их можно использовать для гидроизоляции подземных частей сооружений. Например, для строительства «Беговой» компания поставила 141 000 кв. м мембран «Техноэласт» и «Паробарьер».
Минуя плывуны. Как строят метро в Петербурге
Четвертичные отложения, песчаники нижнего кембрия, тектонические разломы. Такое впечатление, что петербургские метростроевцы, рассуждающие об этом, разбираются в строении недр, как заправские геологи. Еще бы, ведь строительству подземки в устье Невы, где верхняя часть геологического слоеного пирога, перенасыщенная влагой, для этого малопригодна, кажется, противится сама природа. Но «разубеждать» ее, минуя коварные плывуны, все-таки можно, говорит Владимир МАРКОВ, заместитель гендиректора научно-исследовательского проектно-изыскательского института «Ленметрогипротранс». О том, как специалисты это делают, какие методы применяют, снижая риски, он рассказал корреспонденту «СПб ведомостей» Виктору ЮШКОВСКОМУ.
ФОТО Александра ДРОЗДОВА
– Некоторые считают, что строить город на болотах было авантюрой. А создавать в нем подземку, наверное, и подавно?
– У отца-основателя Петербурга были, конечно, причины закладывать столицу империи именно здесь, на заболоченных землях, хотя это противоречило всем строительным канонам. Но население города росло, и спустя время стало очевидно, что без подземного пассажирского транспорта не обойтись. При этом специалисты понимали, что условия для строительства метрополитена тут, мягко говоря, не самые лучшие.
На всей территории Петербурга, а не только в его исторической части крыша геологического разреза представляет собой четвертичные отложения, уходящие на глубину до 40 м. Это водонасыщенные непрочные грунты: супеси и суглинки разной консистенции, болотистые и озерно-морские отложения ила и песка. Тогда как москвичи, например, имеют дело с довольно устойчивыми грунтами, позволяющими всюду строить станции метро мелкого заложения. Но если пройти у нас верхнюю толщу, углубившись до коренных пород, условия для работы в этом кембрийском горизонте будут вполне сносными.
Общая геологическая картина такова, хотя есть тут, естественно, и свои нюансы.
– Владимир Андреевич, но первостроителям метро это не помешало взяться за дело?
– Выходит, что так. Проектирование первой очереди Кировско-Выборгской линии длиной 16,5 км началось, как известно, в 1939 г., а за пять лет до того группа москвичей-инженеров тщательно провела изыскания.
Методика этих работ практически не изменилась доныне: по всей линии будущей трассы в городе бурятся, с определенным интервалом, скважины. Для чего? Чтобы получить керн, то есть образцы пород, изучить его в лабораторных условиях и выяснить, какие грунты и на каких глубинах можно встретить. А уже исходя из этой информации (сегодня мы опираемся еще и на материалы геофизических исследований) можно рассчитать оптимальные параметры проектируемых объектов: глубину и трассировку тоннелей, тип станций и т. д.
Московский Метропроект создал в Ленинграде свой филиал, Стройпроект # 5 (предтеча нашего института), выдавший проектное задание на строительство красной линии будущей подземки. Работая стахановскими темпами, бригады ленинградского Строительства # 5, на основе которого позже был создан «Ленметрострой» (ныне петербургский «Метрострой»), за 5,5 месяца 1941 г. успели заложить 34 шахтных ствола и начать проходку 11 штолен.
Когда началась война, руководители города решили применить к ним «мокрую консервацию», то есть затопить эти выработки, которые все равно бы не сохранились.
– В ту пору метростроевцы и узнали характер грунтов?
– Думаю, начальный этап показательным не был. А вот весной 1955 г., спустя несколько лет после пересмотра проекта и возобновления строительных работ, ввод первой очереди метро оказался под угрозой срыва. При проходке тоннеля в районе станции «Пушкинская» рабочие впервые столкнулись с прорывом плывуна. Это истертая до микрочастиц глина, насыщенная водой, или измельченный песок, образующие густую массу, которая под механическим воздействием, при вскрытии ее выработками, приходит в движение. Чаще всего плывуны встречаются в болотистых местах, и при проходке они опасны, поскольку могут затопить часть тоннеля, прорвавшись в него даже сквозь небольшое отверстие.
Чтобы укрепить эту конструкцию, грунты обычно замораживают. По периметру выработки бурят скважины и устанавливают коллекторы, по которым закачивают рассол – соленую воду определенной температуры (есть и азотный способ заморозки), – который образует надежный ледогрунтовый массив, защищающий объект от попадания плывуна с водой. Так поступили и в 1955 г., благодаря чему в ноябре того же года в намеченный срок начались регулярные пассажирские перевозки на красной линии Ленинградского метрополитена.
Но через год, сооружая тоннель между станциями «Чернышевская» и «Площадь Восстания», проходчики, привыкшие на глубинах 50 – 60 м к сухой кембрийской глине, впервые наткнулись на моренные (ледниковые) отложения, состоящие из песка с вкраплением гальки, валунов и пластичных глин. Чтобы пройти этот ковенский размыв, получивший название от Ковенского переулка (в том месте протекала древняя река), они применили кессонный способ крепления тоннеля, используя вместо заморозки сжатый воздух.
– С чем еще приходилось сталкиваться?
– По большому счету трудность была одна: дойти до твердых кембрийских пород, применяя разные методы закрепления грунта в верхних влагонасыщенных рыхлых слоях. Без этого невозможно было начать проходку вертикального ствола, соорудить эскалаторный тоннель или вырыть котлован под станцию мелкого заложения, где позволяли условия (таких в городе немного: характерные примеры – «Автово», «Беговая» и «Новокрестовская»).
Отмечу еще одну особенность. Многие улицы в нашем городе прямые, а линии подземки имеют нередко большие радиусы закругления. Поэтому, даже если бы геологические условия позволяли строить метро открытым способом (как в Новосибирске и Нижнем Новгороде, где наш институт привлекали к проектированию ряда станций), делать это, снося архитектурные шедевры в охранной зоне, никто бы не позволил. Хотя некоторые здания при строительстве вестибюлей волей-неволей приходилось сносить и в Северной столице.
– Были случаи, когда изыскания показали: здесь строить нельзя?
– На моей памяти не было, хотя я тружусь в этой отрасли не один десяток лет. Вопрос стоит иначе: дешевле построить станцию или дороже, медленнее или быстрее. Применять при строительстве традиционные методы или искать новые подходы, опираясь на мировую практику.
Этапность работ не меняется, но раньше наши специалисты сами вели изыскания и бурили скважины, теперь же это делают для нас подрядные организации (геофизические данные интерпретируют для нас сотрудники Горного университета). Ну а геологи нашего института исследуют керн, изучают физико-механические свойства грунта и геологическое строение недр на нужном участке, чтобы проектировщики нашли лучшие проектные решения, касающиеся формы подземных конструкций, способов строительства и т. д.
– А «нырять» под Невой разве не трудно?
– Нисколько. Первый такой тоннель метростроевцы проложили на участке между станциями «Чернышевская» и «Площадь Ленина», работая над второй очередью Кировско-Выборгской линии, сданной в 1958 г. Причем без проблем: вести проходку приходилось на горизонтах значительно ниже не такого уж глубокого, в среднем 10 – 15 м, русла Невы.
Хуже, когда рабочие наталкиваются под землей на бывшие русла невских притоков и плывуны. На небольших глубинах такие встречи не критичны, но если опуститься ниже, это может привести к серьезным последствиям. Известная авария 1974 г. произошла именно так.
На перегоне между станциями «Лесная» и «Площадь Мужества», напомню, трасса пересекала древнюю долину реки: мощную толщу водоносных песков. Обойти это место посчитали невозможным, к тому же работы велись в спешке, чтобы отчитаться перед XXV съездом КПСС о строительстве первой в мире односводчатой станции глубокого заложения. В общем, замороженного грунта оказалось мало, плывун прорвался в оба тоннеля (один проходил там над другим) и стал их заполнять, а быстро закрыть аварийные затворы не получилось.
Чтобы остановить разрушения на поверхности, аварийные выработки затопили. А размыв удалось сдержать, закачав жидкий азот (впервые в мировой практике), который его производители поставляли в Ленинград со всей страны.
– Но потом природа взяла свое.
– Через 20 лет кровлю глин под напором грунтовых вод в том же месте размыло, и в перегон вновь потекла вода. На тоннель надели железобетонную рубашку, укрепили его бетонные стены, свищи заделали специальным раствором, но это не помогло. Едва рабочие укрепили аварийный отрезок верхнего тоннеля, в нижний под большим напором хлынула водно-песчаная смесь, его конструкция деформировалась. Движение поездов на этом участке в конце 1995 г. пришлось прекратить, а восстановили линию, проложив новые тоннели, лишь в 2004 г.
– Значит, есть места, где строить метро опасно?
– Нет, располагая полной информацией о грунтах и соблюдая регламент работ, аварии можно гарантированно избежать, но. Производство опережало порой изыскания, и проходчики шли чуть ли не вслепую, а сроки были жесткими, и строили много. Так, в 1981 г. на участке между станциями «Черная Речка» и «Удельная» метростроевцы установили мировой рекорд: за месяц проложили 1250 м тоннеля.
Хотя всякое, конечно, бывает. При строительстве Невско-Василеостровской линии нарвались на старую разведочную скважину, о которой просто не знали, она нигде не фигурировала. Но, по-хорошему, любую аварию можно предупредить (после каждой мы создаем нормативный документ, описывая процедуру работ в этих условиях). Число их в последние годы сошло на нет, но и строить, увы, стали существенно меньше.
– А кто-то отслеживает, как ведут себя грунты после строительства?
– Такой мониторинг заложен в проекте, занимаются им специализированные организации. На конструкциях метрополитена установлены датчики, которые фиксируют нужные показатели (напряжение арматуры, например) и передают их в компьютерную систему. Но это не более чем перестраховка: метро строят с большим запасом прочности, и грунты со временем лишь уплотняются, а это не страшно.
Самое больное место – наклонные ходы, находящиеся в верхних водонасыщенных слоях. Как бы надежны устройства там ни были, на стыках при попадании влаги появляется ржавчина: вода камень точит. Со временем эскалаторы, водозащитные зонты приходят в негодность, приходится их ремонтировать, нагнетать раствор, препятствующий проникновению влаги. Занимались этим и раньше: за создание и внедрение новой конструкции армоцементных зонтов (их производство наладили в Коломягах) несколько специалистов «Ленметростроя» в 1981 г. стали лауреатами премии Совмина СССР.
На больших глубинах, где проложены тоннели, везде сухо. Но если влага, содержащаяся в микропрослойках песчаника, проникнет на внешний контур тоннелей, для коммуникаций это не страшно: там установлены водоотливные лотки.
– В Петербурге действительно самое глубокое метро в мире?
– Отдельные станции в Киеве и Пхеньяне построены еще ниже от поверхности земли, чем у нас. Украинцы сильно углубились, чтобы пройти под горой, а корейцы сделали так, собираясь использовать две-три станции в качестве бомбоубежища. Но больше тягаться в этом смысле нам не с кем.
Самой глубокой в России (86 м) считается наша станция метро «Адмиралтейская». Она расположена недалеко от Невы, и это сыграло свою роль: когда там строили наклонный ход, оказалось, что применить заморозку без того, чтобы снести поблизости несколько зданий, не получается. Метростроевцем пришлось дожидаться, пока у них на вооружении не появится новый механический щит, позволяющий обойтись без «ледяной» технологии. Потому-то эту станцию и назвали «призрачной».
Говорить о нашей подземке как о самой северной в мире тоже нельзя, хотя в Скандинавских странах, построивших такую же транспортную систему, недра имеют другое строение. Но геологические условия строить метро никому не мешали, и петербуржцам тоже. Для этого нам нужно лишь знать границы кембрийского горизонта на проектируемых участках и применять самые современные технологии и материалы, используя мировой опыт, что мы и делаем.
ПРЯМАЯ РЕЧЬ
Свести к нулю риски, без которых подземное строительство не обходится, позволяют прежде всего грамотные технологические решения, считает Алексей СТАРКОВ, заместитель гендиректора – главный инженер петербургского «Метростроя»:
– Технологии развиваются, механизмы заменяют в нашем деле ручной труд уже сплошь и рядом. Но применять чужой опыт или внедрять что-то новое в Петербурге следует осмотрительно, адаптируясь к нашим непростым гидрогеологическим условиям. Так, в конструкцию немецкого двухпутного щита, который мы впервые применили на проходке участка Фрунзенского радиуса, наши инженеры внесли около 300 изменений.
Даже проверенные, хорошо зарекомендовавшие себя методы требуют вдумчивого подхода. Закрепить грунты с помощью заморозки при проходке ствола или наклонного хода, к примеру, можно не везде. Такой метод при оттаивании льдогрунтового массива дает ощутимые, до полуметра, осадки и затрагивает большую, в десятки метров, территорию. Но в некоторых случаях она эффективна: вновь использовать ее планируем при проходке наклонного хода станции «Путиловская» на строящейся Красносельско-Калининской линии.
В советские годы, строя метро, приходилось максимально уходить на нижние горизонты, где залегают сухие и твердые протерозойские глины. Но в последние 20 лет технологии шагнули далеко вперед, и сегодня мы можем строить на относительно небольшой глубине благодаря таким методам закрепления, как буросекущие сваи, «стена в грунте», струйная цементация, или комбинированным.
Задача защитить подземный объект от водонасыщенной среды в период строительства и во время эксплуатации в нашем городе всегда актуальна. Со временем, однако, появилась возможность строить в Петербурге станции мелкого заложения открытым способом, опираясь на ресурсы проектного института и научную базу. Яркий пример – «Беговая», хотя тиксотропные грунты, в которых она сооружалась, подвижны и пластичны, они способны терять свою прочность под влиянием внешних воздействий. Мы применили там еще один относительно новый, редкий для Петербурга метод строительства «топ-даун» (сверху вниз). Работа была сложная, но станцию построили.
Вообще участок Невско-Василеостровской линии между «Беговой» и «Приморской» стал полем для применения инновационных методов. Здесь впервые была построена станция мелкого заложения («Новокрестовская») на намывной территории, то есть в месте, где раньше плескались воды Финского залива. Здесь мы впервые применили, оформив позже патент, технологию совмещения проходки двухпутного тоннеля и его обустройства: вслед за щитом в тоннеле практически сразу вели устройство жесткого основания, сооружали вентиляционное перекрытие и т. д. Благодаря чему весь участок удалось построить за 2,5 года вместо 4,5, заложенных проектом. Это объект, аналогов которому нет во всем мире.
Материал опубликован в газете «Санкт-Петербургские ведомости» № 150 (6748) от 25.08.2020 под заголовком «Дорога до кембрия».