ВЛИЯНИЕ ГОРОДСКИХ ПОДЗЕМНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СООРУЖЕНИЙ НА ЭКОЛОГИЧЕСКУЮ СИТУАЦИЮ

Л. В. МАКОВСКИЙ, к. т. н., профессор;
В. В. КРАВЧЕНКО, к. т. н., доцент (МАДИ, кафедра «Мосты, тоннели и строительные конструкции»)

СТАТЬЯ ЯВЛЯЕТСЯ ЛОГИЧЕСКИМ ПРОДОЛЖЕНИЕМ ПРЕДЫДУЩЕЙ ПУБЛИКАЦИИ В ЖУРНАЛЕ «ПОДЗЕМНЫЕ ГОРИЗОНТЫ» (№35, 2023). АКЦЕНТ СДЕЛАН НА ВОПРОСАХ ВЛИЯНИЯ ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ ТОННЕЛЬНЫХ СООРУЖЕНИЙ НА СОСТОЯНИЕ ГОРОДСКОЙ СРЕДЫ, ИХ ВОЗМОЖНОСТЯХ ПО УЛУЧШЕНИЮ НЕ ТОЛЬКО ТРАНСПОРТНОЙ, НО И, ОСОБЕННО, ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ СИТУАЦИИ

Проанализированы различные экологические аспекты подземного строительства с точки зрения градостроительных условий, безопасности движения транспорта и пешеходов, санитарно-гигиенического состояния воздушного бассейна, уровня шума и вибрации. Приведены примеры рациональных объемно-планировочных и конструктивных решений, обеспечивающих минимизацию нарушений экологической ситуации в городах. Представлены примеры наиболее эффективных мер, способствующих сохранению и оздоровлению городской среды при расширении масштабов подземного строительства, в том числе специальных экологических тоннелей для охраны окружающей среды, оснащенных средствами очистки удаляемого воздуха, шумо- и виброзащиты. Обращено внимание на необходимость проведения научных исследований, результаты которых должны быть учтены при составлении соответствующих нормативных документов.

 

ВВЕДЕНИЕ

Непрерывное развитие транспортной инфраструктуры крупных городов вызывает необходимость решения целого ряда сложных проблем. Рост автомобильного парка, недостаточность и перегруженность дорожной сети, ограниченные возможности организации парковочных мест, загрязнение воздушного бассейна, повышение уровня шума и вибрации — все это создает настоящий транспортный кризис, нарушает экологическую систему, что неблагоприятно отражается на жизни населения.

Одним из наиболее эффективных путей решения экологической проблемы является рациональное и комплексное использование подземного пространства с размещением в нем различных объектов и сооружений (для пропуска транспорта и прокладки инженерных коммуникаций; временных и постоянных стоянок автомобилей; предприятий торговли, коммунального обслуживания и пр.).

Ожидается, что в ближайшие 20-30 лет в крупных городах, согласно общемировой тенденции, под землей будет размещено около 70% всех гаражей, 80% складов, 30% учреждений культурно-бытового назначения, 30% административных и 50% коммунальных предприятий.

Подземные сооружения, как известно, позволяют высвободить наверху значительные территории, что способствует улучшению планировочной структуры городских районов и разгрузке дорожно-транспортной сети. Так, для прокладки 1 км наземной шестиполосной магистрали требуется 4,5-7 га, а для такой же, но под землей — 0,1 га. Освободившиеся территории могут быть использованы для жилищного строительства, создания парков, скверов, стадионов, безавтомобильных зон. Это относится в первую очередь к центральным районам городов, имеющим наибольший дефицит в свободных площадях для развития, плотную исторически сложившуюся застройку и максимально загруженным транспортом.

Существенное влияние на архитектурно-планировочную структуру мегаполисов оказывает метрополитен. Станционные комплексы с развитой системой пешеходных тоннелей стимулируют трансформацию застройки прилегающих зон, способствуют формированию новых планировочных элементов и оздоровлению сложившихся районов, о чем в России свидетельствует опыт сооружения метро, прежде всего, в исторических центрах Москвы и Санкт-Петербурга. Вместе с тем в мире активно развиваются и другие направления тоннелестроения, связанные с транспортной инфраструктурой.

Далее рассматриваются экологические аспекты, касающиеся влияния эксплуатируемых подземных транспортных сооружений на состояние окружающей среды с точки зрения архитектурно-планировочных и градостроительных условий, безопасности движения транспорта и пешеходов, санитарно-гигиенического состояния воздушного бассейна, уровней шума и вибрации.

МАГИСТРАЛЬНЫЕ ТОННЕЛИ

В центральных районах городов целесообразно строительство автотранспортных тоннелей большой протяженности, дублирующих основные грузонапряженные магистрали и одновременно обеспечивающих развязку движения в разных уровнях на нескольких узлах. Со временем отдельные протяженные тоннели могут войти в состав системы внеуличных подземных автомагистралей.

В соответствии с планировочной структурой города сеть подземных автомагистралей может быть запроектирована по радиальной кольцевой или ортогональной схеме (рис. 1).

По трассе магистральных тоннелей и в местах их взаимного примыкания и пересечения целесообразно создание крупных подземных комплексов.

Проекты систем подземных автомагистралей разработаны для Москвы, Санкт-Петербурга, Парижа, Лондона, Стокгольма и других городов. Трассирование автодорог под землей, в отличие от наземных, можно производить вне зависимости от условий планировки и застройки. Таким образом удается сохранить целостность пересекаемой территории и находящихся на ней зданий и сооружений.

В последние годы подобные тоннели, предназначенные даже не столько для улучшения транспортной ситуации, сколько для защиты окружающей среды, строятся и проектируются во многих крупных городах Европы: Праге, Варшаве, Женеве, Риме и др.

В Москве экологическими можно считать Лефортовский и Серебряноборский тоннели, залегающие в парковых и природоохранных зонах.

Важную роль в деле оздоровления окружающей среды играют подводные тоннели и тоннели горного типа. Создание подводных тоннелей особенно целесообразно, если водное препятствие уже пересекают многочисленные и близко расположенные мосты, пропускная способность которых практически исчерпана. Такая ситуация характерна, например, для центральных районов Москвы и Санкт-Петербурга. Там строительство новых мостов, даже при изыскании для них места, может привести к нарушению сложившегося архитектурно-исторического облика. В данном случае рядом с существующими переправами следует строить подводные тоннели — дублеры, как это сделано в Антверпене, Амстердаме, Лондоне, Гамбурге, Нью-Йорке и других городах. Такие объекты могут сооружаться и взамен старых мостов, не удовлетворяющих современным требованиям.

В городах, расположенных в сильно пересеченной местности, для транспортной связи отдельных районов, разделенных высотными препятствиями, строят тоннели горного типа. К преимуществам таких решений (по сравнению с обходами) относятся сокращение длины трассы, возможность расположения магистрали на прямой в плане, благоприятные условия движения транспорта и др. Тоннели горного типа успешно эксплуатируются, например, в Тбилиси, Будапеште, Праге, Гавре, Женеве и т. д.

ТОННЕЛИ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ

Автотранспортные и пешеходные тоннели мелкого заложения, расположенные в наиболее загруженных транспортных узлах, обеспечивают разделение автомобильных и пешеходных потоков, устраняют задержки перед светофорами, способствуют повышению скорости и пропускной способности магистралей, а в конечном итоге — повышению безопасности движения транспорта и пешеходов. Так, создание автотранспортных тоннелей в узлах основных магистралей Москвы увеличило их пропускную способность в 2,5- 3 раза за счет устранения задержек у светофоров [1, 2].

В крупных городах, как известно, необходимостью являются и меры по упорядочения пешеходного движения, для чего сооружают внеуличные переходы, наземные или подземные.

В данном случае основное преимущество тоннелей перед мостовыми конструкциями заключается в меньшей высоте подъема и спуска пешеходов. Так, разность отметок между уровнем земли и полом подземного перехода составляет в среднем 3-3,5 м, в то время как у пешеходных мостов эта разница достигает 4,5-5 м, а у мостов, пересекающих железнодорожные линии на станциях и перегонах, увеличивается до 6,5-7 м. Тоннели, в отличие от мостов, не стесняют проезжую часть дороги и, следовательно, не ухудшают условия видимости и безопасности движения. Экономическая эффективность строительства подземных переходов достигается за счет ликвидации потерь времени транспорта у светофоров и полного устранения дорожно-транспортных происшествий, связанных с пешеходами.

ЗАГРЯЗНЕНИЕ ВОЗДУХА И ВЕНТИЛЯЦИЯ

Городские подземные транспортные сооружения во многом способствует улучшению санитарно-гигиенического состояния воздушного бассейна, снижению уровня загазованности. Как известно, на долю автомобильного транспорта приходится более 50% общей массы загрязнителей и более 80% выделений окиси углерода [1, 3].

В автотранспортных тоннелях длиной более 300-400 м устраивают механическую вентиляцию, подавая свежий воздух и удаляя загрязненный по всему сечению объекта или по специальным вентиляционным каналам. Применяют продольную, продольно-струйную, полупоперечную, поперечную и смешанную системы вентиляции (рис. 2).

С точки зрения экологии предпочтительнее поперечная или смешанная системы, при которых легче очищать загрязненный воздух.

При создании искусственной вентиляции тоннелей необходимо предотвратить попадание удаляемого их них загрязненного воздуха на прилегающую территорию. Обычно выделяемые вредные газы и пыль удаляются через порталы или шахтные стволы, где можно установить различного рода отстойники и газоуловители. Может оказаться целесообразной вентиляция тоннелей по замкнутому циклу, что исключает поступление в атмосферу вредных газов. Искусственную вентиляцию предусматривают также в подземных автостоянках и гаражах, протяженных пешеходных тоннелях и уровнях.

Устройство искусственной вентиляции в подземных транспортных сооружениях, однако, требует значительных затрат, которые в ряде случаев достигают 10-15% общей стоимости сооружения. В связи с этим представляется перспективным создание системы физико-химической очистки воздуха.

Значительное снижение расходов на вентиляцию тоннелей и предотвращение загрязнения воздушного бассейна возможно за счет использования транспортных средств с электрическими двигателями (электромобили, электробусы и др.).

ШУМ И ВИБРАЦИИ

Проблемы шума и вибрации от дорожного движения также приобретают все большее значение.

Во многих районах крупных городов уровень шума, до 90% которого создают средства наземного транспорта, превышает допустимые нормы. По нормам, действующим в РФ, уровень шума для сна и отдыхав людей не должен превышать 30 дБА ночью и 35 дБА днем. В то же время при интенсивных транспортных потоках (10-100 тыс. ТС в сутки) он достигает 90-95 дБА, удерживается на больших магистралях практически круглосуточно и отрицательно воздействует на жителей, чьи дома расположены на расстоянии до 100 м от оси проезжей части. Помимо шума, движущиеся транспортные средства являются источниками повышенной вибрации, которая передается близлежащим зданиям и сооружениям и может вызвать их повреждения.

Такие стандартные меры, как устройство специальных шумозащитных экранов или посадка деревьев, хотя и позволяют снизить уровень шума, но не дают радикального решения проблемы. Наиболее эффективно перевести движение с поверхности в тоннель, снизив тем самым уровень шума с 80-90 до 55-65 дБА и менее, что эквивалентно размещению автомагистрали в большом городском парке [4].

Однако в самих тоннелях при проезде автомобилей уровень шума очень высок и зависит от состава транспортного потока, поглощающей способности стен и геометрических характеристик сооружения. Обычно шум здесь усиливается вследствие ревербераций, длительность которых достигает 10 с, в то время как на открытой местности она составляет доли секунды. Следует принимать меры по снижению уровня шума в тоннелях до 70 дБА, а на поверхности земли — не более допустимого нормами предела.

В ряде случаев на городских магистралях строят специальные шумозащитные тоннели. Несколько подобных объектов с акустическими защитными устройствами уже построены в Германии. Один из таких тоннелей длиной 415 м эксплуатируется в Штутгарте (рис. 3) [4].

Перекрытие тоннеля имеет боковые прорези со звукопоглощающими панелями. Через них в сооружение поступает дневной свет и удаляется загрязненный воздух. Над проезжей частью тоннеля устроена антресоль с зелеными насаждениями, стены которой выполнены в виде витражей, через которые проникает естественный свет, что создает благоприятные условия для растений. Перечисленные меры способствуют снижению уровня транспортного шума на 20 дБА.

При проектировании подземных сооружений в городах необходимо учитывать и то, что проезжающие по тоннелям транспортные средства, а также эксплуатационное оборудование, генерируют вибрацию, которая может передаваться фундаментам расположенных поблизости зданий. Соответственно, тоннельные конструкции должны обладать повышенной вибропоглощающей способностью. Это может быть достигнуто за счет увеличения толщины, жесткости и массы их элементов. В результате значительно снижается частота собственных колебаний конструкций. С этой же целью в некоторых случаях подземные сооружения отделяют от соседних наземных зданий защитными стенками или траншеями, заполненными глинистым раствором, шпунтовыми ограждениями и т. п.

Для снижения уровня шума и вибрации в тоннелях метрополитена создают шумогасящие конструкции верхнего строения пути, применяя корытообразные лотки из монолитного или сборного железобетона, изолированные от обделки тоннеля упругими синтетическими прокладками из эластомера [4].

Создаются новые виды подвижного состава с использованием амортизаторов. Радикальным решением является применение вагонов на пневмошинах, как это сделано на некоторых участках метрополитенов в Париже и Монреале.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В связи с этим представляется целесообразным дальнейшее расширение масштабов подземного строительства.

Наряду с развитием существующих систем метрополитена, автотранспорт-ных и пешеходных тоннелей мелкого заложения для развязки движения в разных уровнях следует предусматривать создание экспрессных и скоростных линий метрополитена, а также грузовых метрополитенов, автотранспортных тоннелей для увеличения пропускной способности магистралей (в том числе тоннелей уменьшенного габарита только для легковых автомобилей), подземных автомагистралей большой протяженности, пешеходных уровней с предприятиями попутного обслуживания, многоярусных автостоянок и гаражей, подводных тоннелей и тоннелей горного типа. Все подземные сооружения должны быть оборудованы системами искусственной вентиляции, освещения, водоотведения, а также устройствами обеспечения безопасности движения транспортных средств и пешеходов.

Заслуживает внимание опыт создания так называемых экологических тоннелей для охраны окружающей среды, оснащенных средствами очистки удаляемого воздуха, шумо- и виброзащиты.

Для эффективного решения экологических проблем необходимо проведение комплексных научных исследований, результаты которых должны найти отражение в соответствующих нормативных документах.

Литература

  1. Маковский Л.В., Кравченко В.В., Сула Н.А. Проектирование автодорожных и городских тоннелей. — М.: КНОРУС, 2022. — 534 с.
  2. Меркин В.Е., Зерцалов М.Г., Петрова Е.Н. Подземные сооружения транспортного назначения. — М.: Инфра-Инжиниринг, 2020. — 432 с.
  3. Маковский Л.В., Трофименко Ю.В., Евстигнеева Н.А. Вентиляция автодорожных тоннелей. — М.: МАДИ, 2009. — 146 с.
  4. Интернет-ресурсы:
ИНФОРМАЦИОННОЕ СОТРУДНИЧЕСТВО

г. Санкт-Петербург, ул. Будапештская 97, к.2, лит а
Тел: +7 (812) 905-94-36, +7 (931) 256-95-77