Конструктивные Особенности и Методы Строительства Станций Метрополитена: Глубокий Инженерный Анализ

Метрополитены — это не просто транспортные артерии, а сложнейшие инженерные комплексы, глубоко интегрированные в городскую ткань и жизненно важные для ее функционирования. В условиях стремительной урбанизации и роста мегаполисов, роль метрополитена как основы эффективной городской инфраструктуры постоянно возрастает. Строительство подземных транспортных систем сопряжено с уникальными вызовами, требующими глубоких знаний в области гражданского строительства, геотехники, подземного строительства и инженерной геологии.

Настоящая работа представляет собой всесторонний академический обзор конструктивных особенностей и методов строительства станций метрополитена. Она призвана систематизировать и углубить понимание ключевых инженерных принципов, стоящих за созданием этих грандиозных сооружений. В ее рамках будут детально рассмотрены различные типы конструктивных схем станций, технологические аспекты открытого и закрытого способов строительства, влияние инженерно-геологических и гидрогеологических условий, а также современные материалы и технологии, обеспечивающие долговечность, безопасность и комфорт эксплуатации. Данный анализ будет полезен студентам и аспирантам инженерно-технических специальностей, предоставляя им комплексную базу знаний, необходимую для освоения такой сложной и ответственной дисциплины, как проектирование и строительство подземных сооружений.

Классификация Станций Метрополитена: От Общих Принципов к Детальным Конструктивным Схемам

Разнообразие конструктивных решений станций метрополитена поражает воображение, но за этим разнообразием стоит четкая инженерная логика, обусловленная глубиной заложения, геологическими условиями, градостроительными ограничениями и функциональными требованиями. Каждая конструктивная схема — это ответ на специфический набор вызовов, предъявляемых к подземному сооружению.

Классификация по глубине заложения и расположению

Станции метрополитена можно разделить на несколько основных категорий в зависимости от их расположения относительно поверхности земли:

• Подземные станции: Наиболее распространенный тип, характеризующийся расположением под землей. Они, в свою очередь, подразделяются на:
  • Глубокого заложения: Залегают на глубине 20 метров и более, вплоть до 60–70 метров, а иногда и глубже. Строительство таких станций ведется закрытым способом, без вскрытия дневной поверхности, что позволяет сохранять существующую городскую застройку.
  • Мелкого заложения: Располагаются на глубине до 20–22 метров (чаще 10–15 метров). Могут строиться как открытым, так и закрытым способом, в зависимости от местных условий и плотности застройки.
• Наземные станции: Возводятся непосредственно на поверхности земли.
  • Открытые наземные станции: Представляют собой платформы с навесами, которые подвержены воздействию ветра и атмосферных осадков.
  • Закрытые наземные станции: Полностью укрыты стенами и потолком, обеспечивая защиту от внешней среды.
• Надземно-эстакадные станции: Располагаются на эстакадах над уровнем земли, характерны для метрополитенов в странах с менее суровым климатом или в районах с низкой плотностью застройки.

Классификация по количеству пролетов и типу перекрытий

Помимо глубины заложения, станции различаются по внутренней архитектуре, определяемой количеством пролетов и типом перекрытий. Это напрямую влияет на их несущую способность, технологичность строительства и эстетику.

• Однопролетные станции: Имеют единый пролет, перекрывающий как платформу, так и пути. Могут быть со сводчатым или плоским перекрытием. Чаще всего сооружаются в благоприятных геологических условиях, где горное давление невелико.
• Двухпролетные станции: Характеризуются наличием одного ряда колонн посередине, на которые опираются прогоны и два свода или плоских перекрытия.
• Трехпролетные станции: Наиболее распространенный тип, отличающийся рациональной конструктивной схемой. Поперечное сечение такой станции разделено на три части (три нефа): два боковых нефа занимают посадочные платформы и пути, а средний неф служит распределительным залом для пассажиров.
• Многопролетные станции: Реже встречаются, но могут быть применены в особо крупных узлах или при необходимости создания уникальных архитектурных решений.

Следует отметить, что станции со сводчатыми перекрытиями могут быть построены при любой глубине заложения, тогда как станции с плоскими перекрытиями, как правило, применяются только на мелком заложении из-за особенностей распределения нагрузок. Учитывая это, проектировщики всегда стремятся к наиболее устойчивым и экономически оправданным решениям.

Детальный анализ конструктивных схем подземных станций глубокого заложения

Станции глубокого заложения, построенные в условиях значительных нагрузок от вышележащих пород, требуют особо прочных и надежных конструктивных схем. Среди них выделяют пилонные, колонные и односводчатые станции, каждая из которых имеет свои уникальные особенности.

Пилонные станции

Пилонные станции — это старейший тип станций глубокого заложения, который до сих пор активно используется, особенно в сложных геологических условиях. В Московском метрополитене насчитывается 54 пилонные станции, что подчеркивает их надежность и универсальность.

• Описание: Пилонная станция представляет собой три независимых зала (центральный и два боковых), отделенных друг от друга мощными пилонами с проходами между ними. Эта конструктивная схема создает ощущение массивности и защищенности.
• Конструктивные особенности: Ключевая особенность пилонной станции заключается во взаимной непересекаемости обделок центрального зала и станционных тоннелей. Каждый зал, по сути, является отдельным тоннелем, а пилоны между ними обеспечивают структурную целостность и сопротивление горному давлению. Наличие ограниченного числа достаточно узких проходов между пилонами является характерной чертой этой схемы.
• Применение: Пилонные станции предпочтительны для строительства в сложных геологических условиях, где преобладают слабые, водонасыщенные или нестабильные грунты. Их конструкция наилучшим образом противостоит значительному горному давлению, равномерно распределяя нагрузки.
• Функциональные аспекты: Ограниченное число узких проходов в пилонных станциях негативно сказывается на их пропускной способности, которая ниже, чем у колонных и односводчатых станций. Однако независимость залов позволяет дифференцировать их архитектурное оформление, создавая уникальные интерьеры, что является преимуществом с эстетической точки зрения.

Колонные станции

Колонные станции, в отличие от пилонных, предлагают более открытое и просторное пространство, что существенно влияет на их функциональность. Трехсводчатые станции, включая колонные, являются самым распространенным типом станций глубокого заложения.

• Описание: Колонные станции также состоят из центрального и двух боковых залов, но их потолочные конструкции (кольца обделок) опираются не на массивные пилоны, а на более изящные колонны, которые являются общим конструктивным элементом для каждой пары залов.
• Конструктивные схемы: В строительстве трехсводчатых колонных станций используются две основные конструктивные схемы:
  1. Первая предусматривает опирание разомкнутых обделок на колонны через арочные тюбинговые клинчатые перемычки, входящие в состав колец обделки тоннелей. Это делает станцию полносборной, что упрощает монтаж.
  2. Вторая схема предполагает опирание разомкнутых обделок тоннелей на колонны через сплошные прогоны.
• Функциональные аспекты: Основное преимущество колонных станций — значительно бо́льшая пропускная способность по сравнению с пилонными станциями благодаря открытому пространству и широким проходам. С точки зрения сопротивляемости нагрузкам, колонные станции обеспечивают до 65% сопротивляемости опорных структур горному давлению, в то время как пилонные — не выше 40%. Тем не менее, пропускная способность колонных станций все же ниже, чем у односводчатых станций глубокого заложения.

Односводчатые станции глубокого заложения

Односводчатые станции представляют собой современное решение, характеризующееся единым, просторным внутренним пространством.

• Описание: Такие станции имеют один общий свод, набранный из обжатых в породу омоноличенных железобетонных блоков. В их конструкции также предусмотрены опорные тоннели с бетонной подушкой и обратный свод, обеспечивающий устойчивость и герметичность.
• Функциональные аспекты: Односводчатые станции отличаются высокой пропускной способностью за счет отсутствия промежуточных опор, что создает максимальную свободу передвижения для пассажиров. Их пропускная способность выше, чем у пилонных, но может быть сопоставима или несколько ниже, чем у наиболее оптимально спроектированных колонных станций.

Особенности станций мелкого заложения

Станции мелкого заложения, как правило, строятся открытым способом и имеют более простую конструктивную схему, что обусловлено меньшими нагрузками от вышележащего грунта.

• Однопролетные станции мелкого заложения: Часто имеют плоское перекрытие и строятся как единый железобетонный короб.
• Односводчатые станции мелкого заложения: Могут быть выполнены в виде единого монолитного свода, часто из железобетона.
• Колонные станции мелкого заложения: Характеризуются наличием одного или двух рядов колонн, поддерживающих плоское или сводчатое перекрытие. Их конструкция более легкая по сравнению с глубокозаложенными аналогами.

Выбор конкретной конструктивной схемы для станции мелкого заложения зависит от ряда факторов, таких как ширина платформы, наличие подземных коммуникаций, градостроительные ограничения и экономическая целесообразность.

Технологии Строительства Станций Метрополитена: Открытый и Закрытый Способы

Строительство метрополитена — это сложнейший процесс, требующий применения разнообразных инженерных решений и технологий. Выбор способа строительства — открытого или закрытого — определяется множеством факторов, включая глубину заложения, геологические условия, плотность городской застройки и экономические соображения.

Строительство закрытым способом (глубокого заложения)

Закрытый способ, также известный как горный, применяется при строительстве станций и тоннелей глубокого заложения, без вскрытия дневной поверхности грунта. Этот метод является наиболее сложным и дорогостоящим, но незаменим в условиях плотной городской застройки или сложных геологических условий.

• Условия применения:
  • Глубокое заложение: Как правило, станции залегают на глубине 20 метров и более, достигая иногда 60–70 метров, а в некоторых случаях и больше.
  • Сохранение ценной застройки: Когда необходимо сохранить исторические здания, плотную городскую застройку или объекты культурного наследия, закрытый способ становится единственным возможным решением.
  • Сложные гидрогеологические условия: При наличии мощных водоносных горизонтов или нестабильных грунтов, закрытый способ позволяет минимизировать воздействие на окружающую среду и предотвратить обрушения.
  • Экономические потери: В условиях, когда открытый способ сопряжен с серьезными экономическими потерями (например, из-за необходимости перекрытия уличного движения на длительный срок), закрытый метод, несмотря на свою высокую стоимость, может оказаться более выгодным в долгосрочной перспективе.
• Последовательность работ: Строительство «глубокого» метро начинается с проходки шахтного ствола. Этот вертикальный выкоп служит для размещения клети (лифта), которая доставляет рабочих и оборудование на глубину, а также поднимает отработанный грунт на поверхность. После достижения проектной глубины начинается проходка горизонтальных тоннелей. Общее правило для всех станций глубокого заложения — сначала сооружают боковые тоннели с опережением забоев на 25–50 м, а затем средний тоннель. Такая последовательность позволяет более эффективно распределять горное давление и обеспечивать устойчивость выработок.
• Методы проходки:
  • Буровзрывной метод: Классический метод, используемый для разрушения скального грунта с помощью взрывчатки. Требует высокой квалификации персонала и строгого соблюдения правил безопасности.
  • Новоавстрийский способ (NATM): Современный метод, основанный на использовании естественной несущей способности массива горных пород. Включает первичное крепление из набрызг-бетона небольшой толщины с анкерами или арками, которое стабилизирует грунт. Вторичная обделка выполняется из монолитного железобетона, обеспечивая долговечность конструкции.
  • Механизированная проходка: Наиболее современный и высокопроизводительный метод, использующий тоннелепроходческие механизированные комплексы (ТПМК). Эти гигантские машины оснащены роторными рабочими органами, которые разрушают грунт, одновременно устанавливая элементы обделки. ТПМК продвигается вглубь тоннеля при помощи гидравлических домкратов, отталкиваясь от уже уложенных колец, что позволяет непрерывно вести работы.
• Крепление тоннелей: Для укрепления тоннелей используются различные виды обделок: чугунные или железобетонные тюбинги, а также водонепроницаемые железобетонные блоки. Эти элементы, собираясь в кольца, создают прочную и герметичную конструкцию.
• Эскалаторные тоннели: Для связи станций глубокого заложения с дневной поверхностью сооружаются наклонные эскалаторные тоннели, которые представляют собой сложные инженерные сооружения с собственными системами безопасности и вентиляции.
• Экономические и временные аспекты: Строительство станций закрытым способом обходится дорого. В Москве средняя стоимость строительства 1 км линии метро со станционным комплексом глубокого заложения составляет 7 млрд рублей. Это значительно дороже, чем станции мелкого заложения, которые обходятся в среднем на 2 млрд рублей дешевле за километр. Срок строительства станции закрытым способом определяется продолжительностью горнопроходческих работ в основных сооружениях станционного комплекса. В Москве средний срок строительства 1 км линии метро со станционным комплексом глубокого заложения составляет от 5 до 6 лет.

Строительство открытым способом (мелкого заложения)

Открытый способ строительства применяется для неглубоких линий и станций, обычно на глубине 10–15 метров (до 20–22 метров) от поверхности земли. Этот метод наиболее эффективен на мало застроенных или свободных от застройки территориях.

• Условия применения:
  • Неглубокое заложение: Идеально подходит для линий, расположенных на небольшой глубине.
  • Свободные территории: Применяется там, где нет необходимости сохранять плотную городскую застройку или объекты инфраструктуры.
• Преимущества:
  • Исключение специфических трудностей подземных работ: Отсутствие необходимости в работе под давлением, сложных системах вентиляции и водоотведения, характерных для глубокого заложения.
  • Использование общестроительных методов и высокопроизводительных машин: Позволяет применять экскаваторы, краны и другое крупногабаритное оборудование, что значительно ускоряет процесс.
  • Низкая трудоемкость: Меньше ручного труда по сравнению с закрытым способом.
  • Высокие темпы работ и низкая стоимость: Скорость строительства станций мелкого заложения (открытым способом) составляет от 2 до 3 лет за 1 км линии, в то время как глубокого заложения (закрытым способом) — от 5 до 6 лет. Как уже было отмечено, это значительно дешевле.
• Недостатки:
  • Нарушение нормальной жизни города: Открытые котлованы и траншеи неизбежно создают неудобства для жителей, перекрывают уличное движение и требуют объездных путей.
  • Необходимость перекладки коммуникаций: В зоне строительства часто требуется перекладывать большое количество городских коммуникаций (водопровод, канализация, электрокабели, газопроводы).
  • Снос или укрепление зданий: Может потребоваться снос расположенных в зоне строительства зданий и других сооружений или укрепление их фундаментов.
  • Оптимизация схемы строительства: Часто оптимальным решением является сочетание закрытого способа для сооружения перегонных тоннелей с открытым способом строительства станций и пристанционных сооружений. Это позволяет резко сократить число перекладываемых коммуникаций.
• Крепление котлованов:
  • Котлованы с откосами: Применяются на больших свободных территориях, где можно создать пологие откосы дл�� устойчивости стенок котлована.
  • Временная крепь: Используется, когда стены котлована должны быть вертикальными (например, в условиях плотной застройки). Временная крепь может быть выполнена из металлических шпунтовых свай, стенок в грунте или анкерных систем.
• Методы стабилизации грунта: При работе с нестабильными грунтами (например, плывунами) применяются специальные методы:
  • Замораживание: С помощью специальных холодильных установок грунт замораживается, превращаясь в прочную и водонепроницаемую стену.
  • Цементация: Под напором в грунт закачивается цементный раствор, который заполняет поры и трещины, повышая его прочность и водонепроницаемость.
  • Струйная цементация: Современная технология, позволяющая создать в грунтовом массиве сваи из грунтобетона с высокими несущими и противофильтрационными характеристиками, формируя монолитное свайное поле.
• Современные технологии:
  • Технология top-down (сверху вниз): Инновационное решение для строительства станций мелкого заложения в плотной городской застройке. При этом объект строится не со дна котлована, а сверху вниз, минимизируя влияние на окружающий район. Сначала возводятся верхние перекрытия, которые затем используются как опорные конструкции для дальнейшей разработки грунта и строительства нижних ярусов.
• Применяемое оборудование и материалы:
  • Козловые краны: Например, ККТС-20, часто используются для монтажа конструкций и подачи материалов в котлован.
  • Монолитный железобетон: Широко применяется при возведении конструкций. Для этого используются инвентарная многооборачиваемая опалубка, укрупненные арматурные каркасы заводского изготовления, а также товарные бетонные смеси, приготовленные на автоматизированных бетоносмесительных установках и транспортируемые в автобетоносмесителях.

Таким образом, выбор способа строительства метрополитена — это комплексное решение, которое учитывает множество инженерных, экономических и градостроительных факторов, направленное на создание максимально эффективной и безопасной транспортной инфраструктуры. Что означает это для городского планирования? Это напрямую влияет на сроки реализации проектов, их конечную стоимость и возможность минимизации неудобств для жителей мегаполисов.

Инженерно-Геологические и Гидрогеологические Условия как Определяющий Фактор в Метростроении

Подземное строительство, по своей сути, является взаимодействием человека с геологической средой. Поэтому инженерно-геологические и гидрогеологические условия не просто влияют, а зачастую диктуют выбор конструкций, методов строительства и даже глубины заложения станций метрополитена. Это краеугольный камень любого проекта подземного сооружения.

Факторы, определяющие проектирование

При проектировании метрополитена инженеры сталкиваются с комплексным набором природных факторов, требующих всестороннего анализа:

• Геологическое строение трассы:
  • Виды и состав горных пород: От прочных скальных пород до мягких глин, песков и суглинков — каждый тип грунта обладает уникальными физико-механическими свойствами.
  • Характер залегания пластов: Горизонтальное, наклонное или складчатое залегание пород определяет стабильность массива и потенциальные зоны ослабления.
  • Мощность и трещиноватость: Толщина слоев и степень их трещиноватости влияют на несущую способность грунта и необходимость дополнительного крепления.
• Гидрогеологические условия:
  • Наличие водоносных горизонтов: Глубина залегания уровней подземных вод (УГВ), их количество и напор являются критически важными параметрами.
  • Направление и скорость движения подземных вод: Эти факторы определяют вероятность подтопления выработок и эффективность дренажных систем.
  • Характеристика водопроницаемости пород: Породы с высокой водопроницаемостью (например, пески) требуют интенсивных мер по водопонижению и гидроизоляции, тогда как глины могут быть относительно водоупорными.
• Физико-механические свойства пород: К ним относятся прочность на сжатие, сдвиг, модуль деформации, коэффициент пористости, плотность и угол естественного откоса. Эти параметры напрямую влияют на расчеты устойчивости тоннелей и котлованов, а также на выбор типа обделки.

Совокупность этих факторов определяет не только выбор глубины заложения (градостроительные и гидрогеологические условия, рельеф местности, выбор конструкции и способа производства работ), но и саму возможность строительства, а также потенциальные риски.

Значение инженерных изысканий

Любое проектирование начинается с тщательных инженерных изысканий. Это не просто сбор данных, а комплексное исследование, обеспечивающее надежность и безопасность будущего сооружения.

• Требования и этапы: Инженерные изыскания проводятся в строгом соответствии с нормативными документами, такими как СП 47.13330.2016 «Инженерные изыскания для строительства. Основные положения» (актуализированная редакция СНиП 11-02-96 с Изменением № 1). Важно отметить, что актуальная редакция СП 47.13330.2025 также находится в разработке или утверждении, что подчеркивает постоянное развитие нормативной базы. На каждый этап изысканий составляются техническое задание и программа инженерно-геологических изысканий, где четко определяются объем и методы работ.
• Цель: Изыскания должны содержать необходимые и достаточные данные для проектирования и выполнения сопутствующих расчетов на всех стадиях, включая период строительства и эксплуатации метрополитена. Это позволяет принимать обоснованные решения, минимизировать риски и оптимизировать затраты.

Особенности строительства в различных грунтовых условиях

Тип грунта оказывает прямое влияние на метод строительства и конструкцию станции:

• Строительство станций глубокого заложения: Такие станции всегда строят в устойчивых коренных грунтах, оставляя над сводом кровлю этих грунтов толщиной 5–10 м. Этот слой устойчивых пород позволяет вести проходку без применения сложных и дорогостоящих специальных способов укрепления.
• Вызовы при слабых водонасыщенных грунтах: Мощные слои слабых водонасыщенных грунтов, залегающие над кровлей устойчивых грунтов, представляют серьезную опасность. Они требуют особой осторожности при раскрытии выработок большого сечения и могут обусловливать необходимость применения таких дорогостоящих методов, как искусственное замораживание или струйная цементация.

Влияние гидрогеологии на эксплуатацию и безопасность

Влияние гидрогеологических условий не ограничивается лишь этапом строительства; оно простирается и на весь период эксплуатации метрополитена, затрагивая даже такие системы, как вентиляция.

• Коррозия конструкций и выделение газов: При проектировании системы тоннельной вентиляции следует учитывать гидрогеологические условия залегания линии. Наличие термальных и сернистых вод в окружающих грунтах может приводить к интенсивной коррозии металлических и железобетонных конструкций, сокращая их долговечность. Еще более критично выделение радона, метана и иных газов из окружающих грунтов. Радон представляет угрозу для здоровья пассажиров и персонала из-за своей радиоактивности, а метан создает взрывоопасные условия, требующие строжайшего контроля и мощной вентиляции.
• Температурный режим станций: Температура воздуха на станциях, как правило, ниже там, где грунты обводнены. Это объясняется тем, что вода обладает высокой теплоемкостью и эффективно отводит избыточное тепло, выделяемое поездами, оборудованием и пассажирами, тем самым естественным образом регулируя микроклимат.

Таким образом, комплексный учет инженерно-геологических и гидрогеологических условий на всех этапах жизненного цикла метрополитена является не просто требованием, а залогом его безопасности, надежности и долгосрочной эксплуатации.

Материалы и Инновационные Технологии для Долговечности и Безопасности Конструкций Метрополитена

Метрополитены — это сооружения, рассчитанные на десятилетия и даже столетия эксплуатации в агрессивной подземной среде. Поэтому выбор материалов и применение передовых технологий для обеспечения долговечности, безопасности и комфорта являются критически важными аспектами метростроения. Современные инженерные решения позволяют значительно продлить срок службы конструкций и повысить качество пребывания пассажиров.

Основные конструктивные материалы

Выбор материалов для конструкций станций метрополитена определяется их несущей способностью, долговечностью, стойкостью к агрессивным средам и экономической целесообразностью.

• Сборные обделки: Традиционно для крепления тоннелей используются сборные обделки из чугунных или железобетонных тюбингов. Чугунные тюбинги применялись в ранних проектах и до сих пор ценятся за высокую прочность и герметичность. Железобетонные обделки более экономичны и широко используются в современном строительстве.
• Монолитный бетон и железобетон: Эти материалы являются основой для возведения большинства внутренних несущих конструкций станций и других подземных сооружений. Монолитный железобетон позволяет создавать сложные формы, обеспечивать высокую прочность и водонепроницаемость.
• Металлические конструкции: В определенных случаях, для станционных колонн и перемычек над проходами, прогонов, затяжек и элементов их соединений, а также сопряжений обделок различных диаметров, допускается применение металлических конструкций. Металл используется там, где требуется высокая несущая способность при минимальных габаритах или особая прочность на изгиб и растяжение. Также металл применяется для гидроизоляции наиболее ответственных узлов.

Современные решения для гидроизоляции подземных сооружений

Защита от проникновения поверхностных, грунтовых и других вод и жидкостей является одной из первостепенных задач при строительстве метрополитена, поскольку дренирование грунтовых вод непосредственно в тоннель не допускается. Современные технологии предлагают широкий спектр решений, каждое из которых имеет свои преимущества.

• Традиционные методы:
  • Обмазочная гидроизоляция: Нанесение битумных или полимерных мастик на поверхность конструкции. Создает защитный слой, но его долговечность может быть ограничена подвижками грунта.
  • Оклеечная гидроизоляция: Наклейка полимерных рулонных материалов (например, на основе битума или каучука). Эффективна, но требует тщательной подготовки поверхности и герметизации швов.
• Инновационные подходы:
  • Инъекционная гидроизоляция: Этот метод заключается в заделке трещин и стыков в конструкциях путем закачивания под давлением специальных составов, таких как гидроактивные полиуретановые смолы или цементные растворы. Они проникают в микротрещины, расширяются при контакте с водой и образуют прочный, эластичный и водонепроницаемый барьер. Инъекционная гидроизоляция особенно эффективна для устранения протечек в уже существующих сооружениях, так как позволяет локальное применение, сокращает стоимость и скорость работ, не требует сложного демонтажа конструкций.
  • Водонепроницаемые мембраны (ПВХ, ПНД): Мембраны из поливинилхлорида (ПВХ) или полиэтилена высокой плотности (ПНД) крепят к поверхности тоннеля механически, а швы герметизируют термообработкой для создания прочного соединения.
    • Преимущества: Высокая степень водонепроницаемости, надежная защита конструкции от грунтовых вод, долговечность (при строгом соблюдении технологии укладки), устойчивость к агрессивным химическим воздействиям, простота в обслуживании.
    • Недостатки: Швы являются слабым местом, а мембраны не соединяются с бетонным основанием, что затрудняет локализацию протечек в случае повреждений.
  • Напыляемая жидкая резина: Это двухкомпонентная система на основе битумно-латексной эмульсии. При нанесении она образует монолитное, бесшовное покрытие, которое заполняет поры и трещины бетона.
    • Ключевое преимущество: Полное сцепление материала с поверхностью исключает движение воды под гидроизоляционным слоем, что является критически важным для предотвращения распространения протечек. Кроме того, она обладает высокой эластичностью, позволяя выдерживать подвижки грунта и предотвращать образование новых трещин.
  • Бентонитовые маты: Применяются для гидроизоляции высоконагруженных участков. Бентонит — это глина, которая при контакте с водой разбухает, образуя гель и создавая самогерметизирующийся барьер.
  • Защита стыков и вводов коммуникаций: Важной задачей гидроизоляции метро является защита на стыках и в местах ввода коммуникаций. Для заделки стыков и швов между отдельными элементами сборных конструкций, а также уплотнения различных технологических отверстий используют специальные гидрошпонки (эластичные профили, закладываемые в швы) и бентонитовые шнуры (разбухающие при контакте с водой).

Технологии снижения шума и вибрации

Комфорт пассажиров и долговечность конструкций напрямую зависят от эффективности систем шумо- и виброзащиты. Современные метрополитены активно внедряют инновационные подходы в этой области.

• Снижение шума от вентиляционных агрегатов:
  • Применяются шумопоглощающие материалы (например, изоляционные маты внутри воздуховодов), которые поглощают звуковые волны.
  • Используются вентиляторы со сниженным уровнем шума с современными двигателями и лопастями, оптимизированными для минимального звукообразования.
  • Внедряются магнитные подшипники, которые обеспечивают бесконтактное вращение, снижая уровень шума на 15–20 децибел и увеличивая срок службы агрегатов до 20 лет за счет отсутствия трения и износа.
• Снижение вибрации от поездов:
  • Применяются виброгасящие технологии при укладке путей, такие как LVT (Low Vibration Track – путь с низкой вибрацией). Эта технология предусматривает укладку рельсов на специальные упругие подложки и виброизолирующие элементы, которые значительно снижают передачу вибраций на конструкции станции и окружающие здания. LVT позволяет снизить уровень шума от поездов с 80 до 72 децибел и продлить срок службы пути до 40 лет.

Повышение безопасности и доступности

Современное метро не только надежно, но и доступно для всех категорий граждан.

• Доступность для маломобильных граждан: Все новые станции оборудуются лифтами для людей с ограниченными физическими возможностями, что обеспечивает инклюзивность транспортной инфраструктуры.
• Минимизация осадок поверхности: Обделка станции, обжатая в грунт, является эффективным методом снижения оседаний грунта до минимальных размеров. Это предотвращает значительные деформации земной поверхности и оснований инженерных сооружений, расположенных над тоннелями, что критически важно в условиях плотной городской застройки.

Внедрение этих материалов и технологий позволяет не только увеличить долговечность и безопасность конструкций метрополитена, но и существенно повысить комфорт для миллионов пассажиров, ежедневно пользующихся этим видом транспорта. Например, использование технологии LVT (путь с низкой вибрацией) не только улучшает акустический комфорт, но и способствует снижению износа подвижного состава, что приносит значительную экономическую выгоду.

Функционально-Планировочные Решения и Эксплуатационные Требования к Станциям Метрополитена

Станция метрополитена — это не просто точка посадки и высадки пассажиров; это сложный многофункциональный комплекс, который должен быть максимально удобным, безопасным и эффективным. Проектирование таких объектов требует учета множества факторов, от градостроительных до микроклиматических, и строгого следования нормативной документации.

Нормативно-правовая база и этапы проектирования

Основой для проектирования, строительства и реконструкции объектов инфраструктуры метрополитена в Российской Федерации является свод правил СП 120.13330.2022 «Метрополитены». Этот документ устанавливает всеобъемлющие требования, обеспечивая единые стандарты качества и безопасности.

• Двухстадийное проектирование: Проектирование метрополитена обычно ведется в две стадии:
  1. Проект линии: На этом этапе разрабатывается и утверждается общая концепция линии, включающая:
     • Технико-экономическую целесообразность и необходимость строительства.
     • Трассу линии, её план и профиль.
     • Габариты тоннелей, инженерно-геологические условия строительства.
     • Места расположения станций и пересадочных узлов.
     • Конструкции тоннельных сооружений, конструкцию пути и контактного рельса.
     • Применяемые устройства электроснабжения, связи, автоматики и телемеханики.
     • Системы вентиляции и сантехники.
     • Организацию строительства, графики производства работ, сметную стоимость и технико-экономические показатели сооружения.
  2. Рабочая документация: На основе утвержденного проекта линии разрабатывается детальная рабочая документация, необходимая для непосредственного выполнения строительно-монтажных работ.

Градостроительные и планировочные решения

Расположение и планировка станций метрополитена являются ключевыми аспектами, определяющими их функциональность и интеграцию в городскую среду.

• Принципы выбора мест расположения: Станции метрополитена, как правило, необходимо располагать в местах образования пассажирских потоков. Это площади, пересечения магистралей, районы железнодорожных и речных вокзалов, стадионы, парки, крупные промышленные предприятия и, конечно, пересечения линий метрополитена, где формируются важные пересадочные узлы.
• Оптимальные расстояния между станциями: Расстояние между станциями, как правило, следует устанавливать от 1000 до 2000 м. Это обусловлено технико-экономической целесообразностью и провозной способностью линии, определяемой предполагаемыми пассажирскими потоками. Допускаются другие расстояния при соответствующем технико-экономическом обосновании, например, до 3000 м на пригородных участках.
• Профили путей: Станции метрополитена располагают в плане на прямых участках трассы, что обеспечивает лучшую видимость и безопасность. В профиле станции, как правило, располагают на возвышениях профиля («горбах»). Это инженерное решение облегчает разгон поезда, уходящего со станции, и замедление хода поезда, прибывающего на нее, что позволяет экономить электроэнергию и снижать износ тормозных систем.
• Организация пересадок: Пересадки между станциями метрополитена, а также между станциями метрополитена и станциями железных дорог должны быть удобными и обеспечивать пассажирам наименьшую затрату времени. Это является ключевым фактором для комфорта пассажиров и эффективности транспортной системы. Оптимальное время пересадки напрямую влияет на удобство пользования метрополитеном.
• Размещение входов и вестибюлей: Минимальная глубина заложения с точки зрения планировки входов и выходов определяется необходимостью устройства пешеходных тоннелей, располагаемых между поверхностью улицы и перекрытием тоннеля метро. В плане станции входы могут располагаться по концам платформ, в её середине или в 0,25–0,3 её длины. На пересадочных станциях для каждой станции следует предусматривать, как правило, отдельный вестибюль. Однако, при обеспечении независимой раздельной работы станций во время пожара на одной из них, может предусматриваться общий вестибюль.

Вентиляция и микроклимат

Система вентиляции метрополитена — это сложный инженерный комплекс, обеспечивающий не только комфорт, но и безопасность пассажиров и персонала.

• Область применения: Тоннельную вентиляцию следует предусматривать для пассажирских помещений подземных и наземных закрытых станций, пересадочных коридоров между станциями, перегонных и тупиковых тоннелей.
• Основные параметры и требования: При проектировании системы тоннельной вентиляции следует учитывать:
  • Нормируемые параметры микроклимата и состава воздуха: Согласно СП 2.5.3650-20, в теплый период года температура воздуха в общественных помещениях подземных станций и переходов должна быть от 18 °C до 28 °C, в холодный период — от 10 °C до 16 °C. Относительная влажность воздуха должна быть в пределах 30-60%.
  • Кратность воздухообмена: Обеспечение не менее чем трехкратного воздухообмена в час по внутреннему объему пассажирских и других помещений.
  • Подача наружного воздуха: Не менее 30 м³/ч на одного пассажира.
  • Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ: Обеспечение ПДК вредных веществ в воздухе (согласно ГОСТ 12.1.005–88), которые нормируются в миллиграммах на кубический метр (мг/м³) для более чем 1300 веществ. Типичные вредные вещества, контролируемые в городском воздухе, включают диоксид азота, оксид углерода и сероводород.
  • Учет метеорологических условий города: Влияние внешней температуры и влажности на работу системы.
  • Влияние гидрогеологических условий: Наличие термальных и сернистых вод в окружающих грунтах (приводящих к коррозии) и выделение радона, метана и иных газов из окружающих грунтов (угроза для здоровья и взрывоопасные условия).
• Годовой тепловой баланс: Тоннельная вентиляция должна обеспечивать годовой тепловой баланс, поддерживающий допустимые параметры температуры и относительной влажности воздуха при минимальном росте температуры окружающих грунтов.

Пожарная безопасность и эвакуация

Безопасность пассажиров является приоритетом. Системы пожарной безопасности и эвакуации разрабатываются с учетом самых строгих требований.

• Системы противодымной вентиляции: Платформенные залы станций метрополитена должны защищаться системой противодымной вентиляции с механическим побуждением тяги. В качестве приточно-вытяжной противодымной вентиляции платформенного зала станции допускается использовать систему тоннельной вентиляции, переводимую в аварийный режим работы.
• Расчеты эвакуационных путей: Достаточность проектных решений по устройству эвакуационных путей и выходов для обеспечения безопасной эвакуации людей при пожаре должна быть подтверждена расчетом с учетом параметров работы тоннельной вентиляции в аварийных режимах.
• Системы управления и сигнализации: Управление электродвигателями основной вентиляции станций и тоннелей и приводными клапанами для вентиляторов следует предусматривать с места их установки, а также из помещения дежурного по станции. В помещении дежурного по станции необходимо предусматривать сигнализацию о работе электродвигателей основной вентиляции. Сигнализация аварийного уровня воды в водоотливных установках следует предусматривать в помещении дежурного по станции и в центральном диспетчерском пункте.

Дополнительные требования к функциональным зонам

Помимо пассажирских зон, станции метрополитена включают в себя множество других помещений, обеспечивающих их функционирование.

• Помещения для персонала: На станциях следует предусматривать производственные помещения, бытовые помещения для персонала и помещения здравоохранения.
• Ограничения для торговых зон: Торговые зоны, павильоны и другие объекты попутного обслуживания пассажиров в сооружениях метрополитена не допускается размещать ниже уровня кассового зала вестибюля станции. Указанные объекты не должны ограничивать зоны прохода и обслуживания пассажиров и отрицательно воздействовать на технологию обслуживания метрополитена, обеспечивая приоритет транспортной функции.

Комплексный подход к функционально-планировочным решениям и эксплуатационным требованиям позволяет создавать станции метрополитена, которые не только эффективно справляются с пассажиропотоком, но и обеспечивают высокий уровень безопасности, комфорта и надежности на протяжении всего срока службы.

Заключение: Перспективы Развития и Вызовы Современного Метростроения

Проведенный анализ конструктивных особенностей и методов строительства станций метрополитена убедительно демонстрирует колоссальную сложность и междисциплинарность задач, стоящих перед современными инженерами. От выбора оптимальной конструктивной схемы, обусловленной геологическими и градостроительными условиями, до внедрения передовых технологий гидроизоляции, шумо- и виброзащиты — каждый аспект требует глубоких знаний и инновационного мышления. Метрополитены — это живые организмы городской инфраструктуры, постоянно адаптирующиеся к меняющимся условиям.

Ключевые вызовы современности в метростроении обусловлены динамикой развития мегаполисов:

• Урбанизация: Необходимость строительства в условиях плотной городской застройки, где каждый метр подземного пространства занят коммуникациями или фундаментами зданий, подталкивает к совершенствованию закрытых способов проходки и таких технологий, как top-down.
• Экология: Требования к минимизации воздействия на окружающую среду, контролю выбросов газов (радон, метан) и обеспечению чистоты воздуха в тоннелях становятся все более строгими.
• Безопасность: Повышенные стандарты пожарной безопасности, антитеррористической защищенности и надежности всех систем требуют непрерывного совершенствования инженерных решений и систем мониторинга.
• Долговечность и стоимость: При огромных инвестициях в строительство критически важны продление срока службы конструкций и оптимизация эксплуатационных расходов, что стимулирует поиск новых, более эффективных материалов и технологий.

Перспективы развития метростроения лежат в плоскости дальнейшей интеграции инноваций:

• Новые материалы: Разработка высокопрочных, долговечных и экологичных материалов, способных выдерживать агрессивные подземные условия и снижать затраты на обслуживание.
• Автоматизация: Внедрение роботизированных комплексов для проходки тоннелей, автоматизированных систем мониторинга состояния конструкций и управления эксплуатационными процессами.
• Адаптация к изменяющимся городским условиям: Гибкое проектирование, способное быстро реагировать на изменение градостроительных планов и появление новых транспортных узлов.
• Интеграция с другими видами транспорта: Создание бесшовных мультимодальных транспортных хабов, где метрополитен является ключевым элементом, обеспечивающим удобные пересадки.

Таким образом, метростроение остается одной из наиболее передовых и наукоемких отраслей инженерии. Непрерывное совершенствование инженерных подходов, использование современных материалов и технологий, а также глубокий учет всех градостроительных, геологических и функциональных факторов являются залогом создания надежной, эффективной и безопасной транспортной инфраструктуры будущего.

Список использованной литературы

1. Баклашов И.В., Картозия Б.А. Механика подземных сооружений и конструкций крепей. — М.: Недра, 1992. — 543 с.
2. Насонов И.Д., Федюкин В.А., Шуплик М.Н. Технология строительства подземных сооружений. — М.: Недра, 1992. — 285 с.
3. Насонов И.Д., Шуплик М.Н. Закономерности формирования ледопородных ограждений при сооружении стволов шахт. — М.: Недра, 1976. — 237 с.
4. Храпов В.Г. Тоннели и метрополитены. — М.: Транспорт, 1989. — 383 с.
5. Белый В.В. Справочник инженера-шахтостроителя в 2-х томах. — М.: 2003.
6. Туренский Н.Г., Ледяев А.П. Строительство тоннелей и метрополитенов. — М.: Транспорт, 1992. — 264 с.
7. Богомолов Г.М., Голицынский Д.М., Сеславинский С.И. Справочник инженера-тоннельщика. — М.: Транспорт, 1993. — 389 с.
8. Конструкции станций метрополитенов. URL: https://www.mosmetro.ru/structure/library/construction/station-construction/ (дата обращения: 26.10.2025).
9. Условия применения открытого способа и основы организации работ. URL: https://www.mosmetro.ru/structure/library/construction/open-method-application-conditions/ (дата обращения: 26.10.2025).
10. Гидроизоляция метрополитенов, при строительстве тоннелей в метро — Кальматрон. URL: https://kalmatron.ru/informatsiya/gidroizolyatsiya-metropolitenov-pri-stroitelstve-tonneley-v-metro (дата обращения: 26.10.2025).
11. Строительство пилонных станций. URL: https://www.mosmetro.ru/structure/library/construction/pylon-station-construction/ (дата обращения: 26.10.2025).
12. Строительство линий метро глубокого заложения. URL: https://subterramuseum.com/metrostroenie/stroitelstvo-linij-metro-glubokogo-zalozheniya (дата обращения: 26.10.2025).
13. СП 120.13330.2022 Метрополитены (с изменениями № 1, 2) — Тифлоцентр «Вертикаль. URL: https://tiflocentre.ru/documents/sp_120.13330.2022_metropoliteni.php (дата обращения: 26.10.2025).
14. Устранение протечек тоннеля действующего метро: способы гидроизоляции — РИТ. URL: https://ritgidro.ru/ustranenie-protechek-tonnelya-dejstvuyushhego-metro-sposoby-gidroizolyatsii/ (дата обращения: 26.10.2025).
15. Планировка и глубина заложения станций, внутри станционное время. URL: https://encyclopedia.metro.ru/18-planning-and-depth-of-stations.html (дата обращения: 26.10.2025).
16. СП 120.13330.2022 Метрополитены СНиП 32-02-2003 (с Изменениями № 1, 2) — docs.cntd.ru. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200194883 (дата обращения: 26.10.2025).
17. Как строится метро — Комплекс градостроительной политики и строительства города Москвы. URL: https://stroi.mos.ru/articles/kak-stroitsia-mietro?from=cl (дата обращения: 26.10.2025).
18. Основы проектирования метрополитенов. URL: https://www.mosmetro.ru/structure/library/construction/design-basics/ (дата обращения: 26.10.2025).
19. Способы строительства метрополитенов. URL: https://www.mosmetro.ru/structure/library/construction/construction-methods/ (дата обращения: 26.10.2025).
20. От разработки котлована до запуска поездов. Как строят станции метро в Москве. URL: https://www.mos.ru/news/item/134446073/ (дата обращения: 26.10.2025).
21. СНиП 32-02-2003 Метрополитены — VashDom.RU. URL: https://vashdom.ru/snip/3202-03/ (дата обращения: 26.10.2025).
22. Глубокое заложение. Почему пришлось вспомнить о глубинных методах. URL: https://www.mosmetro.ru/press/news/glubokoe_zalozhenie_pochemu_prishlos_vspomnit_o_glubinnykh_metodakh/ (дата обращения: 26.10.2025).
23. Станция метрополитена — Энциклопедия нашего транспорта. URL: https://encyclopedia.metro.ru/40-station.html (дата обращения: 26.10.2025).
24. Глубина заложения станции — Энциклопедия нашего транспорта. URL: https://encyclopedia.metro.ru/41-depth.html (дата обращения: 26.10.2025).
25. Организация движения поездов и работа станций метрополитена — Энциклопедия нашего транспорта. URL: https://encyclopedia.metro.ru/43-train-movement-and-station-operation.html (дата обращения: 26.10.2025).