Подземная урбанистика: на чем стоят мегаполисы

Современные мегаполисы уже нельзя представить без множества подземных паркингов, многоярусных торговых центров и различных пространств, расположенных глубоко под землей. Основная проблема при их строительстве в центре города – как не повредить соседние здания. Увы, нередки случаи, когда создание какого-нибудь нового бизнес-центра может нарушить окружающую историческую застройку.

Решение есть у коллектива российских ученых, которые разработали комплекс из новых технологий, позволяющих безопасно строить крупные подземные сооружения в условиях плотной застройки.

Масштабная работа велась в Москве и Санкт-Петербурге более десяти лет. Проект охватил свыше 60 объектов с подземными сооружениями и сложными фундаментами, включая Вторую сцену Государственного академического Мариинского театра в Северной столице и «Москва-Сити». Авторы удостоены премии Правительства Российской Федерации 2022 года в области науки и техники.

Подробностями с порталом наука.рф поделился член-корреспондент Российской академии архитектуры и строительных наук, доктор технических наук, заслуженный работник Высшей школы РФ, заведующий кафедрой «Геотехники» Санкт-Петербургского архитектурно-строительного университета (СПбГАСУ) Рашид Мангушев.

Москва – не Мюнхен

В основе проекта – расчеты и методы строительства подземных пространств, которые были внедрены в отечественную практику в двух самых крупных городах России. Ранее они использовались за рубежом, но в нашей стране применены впервые. При этом исследователи улучшили их и адаптировали под местные геологические особенности.

Так, обычно для будущих зданий в условиях плотной городской застройки создаются глубокие котлованы открытым способом (в отличие от закрытого, который используется при строительстве метро). Чтобы сделать ограждения таких котлованов, нужны буронабивные сваи – железобетонные конструкции. Для их формирования в грунте обычно бурят скважину и наполняют ее бетоном. Однако грунты, на которых расположены дома в Москве и Петербурге, как выяснили специалисты, могут быть слабыми и резко менять характеристики. Поэтому работа по зарубежной модели может привести к разрушению соседних зданий.

Следует также учитывать, что под землей могут оказаться различные технологические коммуникации, инженерные сети, линии метро.

«Технология подходит для какого-нибудь немецкого города – Гамбурга или Мюнхена, к примеру, но на наших грунтах она не годится. Строительство может проходить над большой толщей насыпных, неустойчивых грунтов. Поэтому мы доработали технологии под свои условия. Например, между сваями стали делать дополнительную инъекцию цементным раствором, чтобы стена из этих свай стала водонепроницаемой», – рассказал Рашид Мангушев.

Строим театр на… воде?

Санкт-Петербург вообще отличается нестандартными геологическими условиями. В этом мегаполисе слабый и водонасыщенный грунт, высокий уровень подземных вод, что усложняет строительство в центре города.

«Говорят, что Петербург построен на болоте. Однако, если быть точным, это не болото, а слабые грунты. Поэтому устройство подземных пространств в таких условиях с учетом плотной исторической застройки – большая проблема. Грамотное проектирование и строительство с вниманием ко всем этим особенностям позволит развивать градоустройство», – считает Рашид Мангушев.

Например, Вторая сцена Мариинского театра – уникальное сооружение, которое отмечено в числе объектов проекта. Под здание, которое сегодня расположено в самом центре Северной столицы, потребовался котлован размером 150 на 90 м и глубиной 12,5 м. При этом рядом протекает Обводный канал, а на расстоянии полутора десятков метров – объект исторической застройки, который необходимо было сохранить.

Чтобы решить все эти проблемы, при строительстве подземной части использовали инновационные решения. В частности, впервые в России – усовершенствованную технологию «топ-даун». Это когда объект возводится сверху вниз: грунт разрабатывается под уже существующими перекрытиями – постоянными конструкциями будущего объекта – и вынимается через технологические окна. Такой способ позволяет возводить здания на небольших и плотно застроенных участках.

Когда тесно под землей

В самом сердце столицы, на Манежной площади, можно увидеть еще один интересный объект – отель Four Seasons Moscow, многими по-прежнему именуемый гостиницей «Москва». Построенная в 1935 году, она на протяжении десятилетий была одной из крупнейших в городе. Однако пришло время провести реконструкцию и, как оказалось, делать это пришлось в непростых условиях.

Здание состоит из двух корпусов: 10-этажного, выходящего на площадь Революции (фасадом на здание Музея Ленина), и 6-этажного, обращенного к Театральной площади. Подземная же часть сооружения составляет от двух до четырех этажей.

Внутри здания под частью пятна застройки было создано пространство с максимальной глубиной котлована более 14 м. Дело в том, что в зоне влияния глубокого котлована оказалось сразу несколько подземных сооружений: трехуровневый паркинг, археологический музей, торговый центр «Охотный ряд» и четырехуровневая подземная автостоянка.

Один из новых методов, примененных при строительстве подземной части отеля – так называемая стена в грунте, специальная ограждающая конструкция, которая была создана для котлована. Она защищала от горизонтального давления грунта и служила искусственной преградой для водного потока в земле. В итоге реконструкцию удалось провести, не нарушив работу других подземных сооружений.

Знания для будущих инженеров

Научно-технические подходы исследователей и их применение в строительстве легли в основу учебников и учебных пособий для студентов СПбГАСУ. Часть вошла в комплект изданий, отмеченных Премией Правительства Санкт-Петербурга и Премией Правительства Российской Федерации по образованию.

Сегодня ученые продолжают создавать модели для расчетов подземных сооружений, а также разрабатывают отечественное программное обеспечение для проектирования, в том числе в рамках импортозамещения.

Полученный опыт также поможет оптимизации транспортной системы мегаполисов.

Так, по словам ученого, с помощью новых решений возможно построить парковку под Марсовым полем почти на 800 машиномест. Это разгрузило бы исторический центр Петербурга и не нарушило ландшафт.

Авторы проекта отмечают, что одна из главных целей в этом направлении – возводить безопасные подземные сооружения в центральной части городов, которые не будут нарушать архитектурные ансамбли. Это позволит развивать современную инфраструктуру и создавать для людей комфортную среду.

 

Анна Шиховец