3.5. Подземелье

Небо и Земля разделены, но они делают одно дело.

Конфуций

По иронии природы самым неосвоенным пространством является то, которое к нам ближе всего – оно находится под нашими ногами не в переносном, а в буквальном смысле. Это – земля, а точнее то, что существует под ее поверхностью. Не случайно самые страшные существа, рожденные воображением человека, такие как черти, тролли, змеи разных мастей (Василиски, Горынычи), на постоянное место жительства помещаются под землю. Неизвестность всегда рождает страх. Ирония заключается еще и в том, что самое неосвоенное пространство начиналось обживаться людьми одним из первых.

Пещера является одним из самых древних жилищ человека, в котором он находил убежище от холода и хищных зверей со времен эпохи палеолита. Это были пещеры естественного происхождения, они приспосабливались первобытным человеком под жилище немногочисленными доступными ему средствами: он закладывал камнями вход, отбивал острые выступы в стенах. Постепенно техника пещерного благоустройства развивалась. Люди стали улучшать свои жилищные условия путем расширения объема пещеры, выдалбливания в ней новых камер и ходов.

Первые полностью искусственные сооружения в недрах были созданы не для жилья, а для разработки полезных ископаемых, добычи воды, для захоронений. B 4 в. до н.э. в Пергаме сооружается подземное здание храма бога-врачевателя Aсклепия. До наших дней сохранились два тоннеля длиной по 50 м и высотой 2,5 м каждый и зал c опорными колоннами высотой сводов 5 м. Самые же известные сооружения – подземные могильные комплексы Дpевнего Eгипта, построенные более 2 тыс. до н.э. В это же время строятся подводные тоннели длиной в несколько километров для водоснабжения городов.

Но из всех сохранившихся, известных на сегодня подземных сооружений Древности самым масштабным и уникальным является подземный город в Kаппадокии (Aнатолия), построенный в 1-2 вв. до н.э. Он был открыт и исследован в 1963 году. Можно только представить удивление и восторг археологов, обнаруживших 18 этажей, уходящих на глубину 80 м. Все эти этажи соединены лестничными проходами, пронизаны вертикальными вентиляционными стволами диаметром 1,5 м. На верхних этажах находятся загоны для скота, на нижних – колодцы, склады для хранения продуктов, вина. Всего в Kаппадокии обнаружено 36 таких подземных городов. Один из самых крупных – «Глубокий колодец». Этот город может соперничать размерами с выдуманными городами гномов, описанными в сказках Толкиена. Город состоит из 2000 помещений, рассчитанных на 10000 человек! Город имел систему вентиляции, состоящую из 52 вертикальных стволов. Для циркуляции воздуха и приготовления пищи в нем предусмотрены специальные камеры для разведения костров. Высота жилых камер достигает 2 м, а площадь наиболее крупной камеры превышает 300 м².

Другой тип древних сооружений нежилого назначения связан с добычей твердых полезных ископаемых: меди, железа, золота, алмазов и т.п. Такие подземные рукотворные пространства называются шахтами.

Шахта является очень богатым и разнообразным «техноценозом», в котором «обитает» большое количество самых разнообразных технических устройств. Надо опустить человека под землю, обеспечить его орудиями труда, организовать транспортировку добытой руды на поверхность, при этом необходимо обеспечить освещение, вентиляцию, связь. Очень важно предусмотреть средства безопасности, которые спасут человека при обрушении, наводнении, выбросе газов, пожаре и т.п. Всё это делается с помощью различных технических средств.

Порой, чтобы добраться до места своей работы шахтеру приходится преодолевать до десятка километров под землей. Для этого существует специальный подземный транспорт, который и до работы довезет, и оборудование доставит, и добытую руду к поверхности поднимет. Как крот сильно отличается от всех животных, обитающих на поверхности, так и подземный транспорт выглядит необычно по сравнению со своими наземными коллегами: его конструкторы заботились о безотказности, безопасности и вовсе не гнались за скоростью и красотой.

В тесном пространстве шахты умудряется соседствовать такое количество различного транспорта, какое на земле вряд ли можно встретить: это и локомотив, передвигающийся по рельсам, конвейер, перемещающий руду, самоходный гравитационный, скреперный, гидравлический и пневматический транспорт.

Также на шахте есть трудяги, не прерывающие работу ни на минуту, даже тогда, когда шахта не работает. Это вентиляторы, вместе составляющие сложную вентиляционную систему, и насосы, постоянно выкачивающие воду. Иногда рядом с шахтой образуется озеро из выкачанной ими воды! Прекрати они работу – шахту заполнит водой или ядовитыми газами.

Непременный атрибут шахтера – отбойный молоток. Это механический ручной инструмент ударного действия, предназначенный для разрыхления и раскалывания не очень крепких материалов, он бывает пневматическим, электрическим, бензиновым, гидравлическим. Первый вариант отбойного молотка был изобретён итальянским инженером Жерменом Соммейе в конце 1850-х годов.  Использование этого инструмента позволило очень быстро прокладывать тоннели, строительством которых Соммейе руководил. Американский изобретатель Чарльз Кинг 30 января 1894 года запатентовал станковой пневматический перфоратор, получивший современное название «отбойный молоток». Естественно, что применение отбойных молотков увеличило производительность труда шахтера в десятки раз. Но и отбойный молоток уходит в прошлое. Сегодня им пользуются дорожные рабочие при разрушении старого асфальта, но в шахте его уже давно заменили огромные и более производительные комбайны.

Многие шахты работают годами и даже десятилетиями, выбранные в них миллионы тонн грунта огромными горами высятся над землей. Даже не верится, что это – дело человеческих рук. Можно себе представить, сколько подземных ходов вырыто! Часто бывает так, что площадь территории, под которой проложены тоннели шахты, во много раз больше шахтерского поселка или даже города на поверхности.

Самыми глубокими шахтами являются золотодобывающие. А самая глубокая из них находится в 50 км к юго-западу от Йоханнесбурга (Южно-африканская республика) вблизи городка Таутона. На шахте работают около 6000 шахтеров. За полвека работы на этой шахте добыто примерно 1200 т золота. 15 июля 2007 г. на шахте Таутона была зафиксирована глубина выработки 3778 м. Температура на такой глубине превышает 55 С, и лишь при мощной вентиляции воздух в забоях удается охладить до 28 С. Можно себе представить, что чувствует человек, когда находится под четырехкилометровой толщей земли и чувствует горячее дыхание раскаленных земных недр.

Самое глубокое проникновение человека внутрь Земли зафиксировано на Кольской сверхглубокой скважине (СГ-3) в Мурманской области. Её глубина составляет 12261метра. В отличие от шахт и сверхглубоких скважин, которые делались для добычи полезных ископаемых, нефти илигеологоразведки, СГ-3 была пробурена исключительно для исследования Земли.

Но вернемся к освоению подземного пространства в практических целях. Подземные жилые постройки Древности обнаруживаются на территории Грузии, Kитая, Болгарии и др. стран. Но масштабы этих подземных сооружений были ограничены техническими возможностями простых механизмов и мускульной энергией людей и животных. Важным событием в освоении подземелья стало изобретение… динамита! В 1868 году Нобель получил патент на смесь нитроглицерина со способными впитывать его веществами, названную динамитом. Взрывчатые способности этого вещества позволили значительно увеличить объемы выбираемого грунта, проводить работы в твердом скальном грунте.

Появляются различные подземные сооружения промышленного назначения и соответствующего масштаба.

Одна из крупнейших областей подземного строительства – транспортное тоннелестроение. Тоннель, сколь дорогостоящим бы не был, рано или поздно окупается, так как значительно сокращает расстояние между пунктами сообщения. Особенно важен тоннель тогда, когда он позволяет соединять населенный пункт с остальным миром, ранее доступный только посредством воздушного транспорта. Именно в этом смысле и используется эпиграф к этому параграфу. Любое пространство – будь то эфемерная атмосфера или неподатливая среда литосферы, разделяют людей. И чтобы быть вместе, люди его преодолевают.

Самый длинный действующий тоннель в мире Сэйкан соединяет острова Хоккайдо и Хонсю в Японии. Его длина составляет 53 850 метров. Его строили более 40 лет, и потратили более 3,6 миллиардов долларов, но это того стоило – благодаря тоннелю Япония едина и по сей день.

Но на первом месте его скоро потеснит Готардский базовый тоннель. Этот железнодорожный тоннель длиной 57 км соединяет Швейцарию и Австрию, а в глобальном масштабе объединяет южную Европу с северной через Альпийские горы. Прокладка завершилась 15 октября 2010 года, а открытие планируется на 2017 год. Пуск тоннеля в эксплуатацию уменьшит время движения поезда из Цюриха в Милан с 3 часов 40 минут до 2 часов 50 минут. При большой интенсивности движения эти 50 минут дадут значительную экономию и окупят строительство.

Другой тоннель международного масштаба называется Евротоннелем. Он проходит под Ла-Маншем и соединяет Соединенное Королевство и Францию 50500-метровым проходом. Этот тоннель можно назвать и самым долгостроящимся. Сооружение его началось в 1802 году, а закончилось в 1994. Нельзя сказать, что все это время кто-то потихоньку копал тоннель. Все это время обе стороны колебались, а стоит ли им объединяться? Действительно, если бы тоннель был построен в начале XX века, он, наверное, был бы уничтожен в ходе последующих двух мировых войн. Строить тоннель начали только в 1988 году и прокопали достаточно быстро. Его существование символизирует окончательное объединение Британии с Европейским континентом. Правда, Евротоннель до сих пор не окупился, но современный мир без него уже немыслим.

Но самые длинные тоннели соединяют не страны, а отдельные районы больших городов, и называются они везде одинаково – известным каждому словом – Метро.

Термин «метро» получен от сокращения слова «метрополитен», который, в свою очередь, произошел от названия английской компании «Metropolitan Railways», что в переводе с английского означает«Столичные железные дороги». Эта компания 10 января 1863 года в Лондоне открыла первую в мире линию железной дороги протяженностью 3,6 км для поездов городского курсирования. Уже в первый же день новый вид транспорта показал свой огромный потенциал – его услугами воспользовалось около 30 тыс. человек, несмотря на копоть из трубы паровоза. А настоящий подземный метрополитен появился в Нью-Йорке в 1904 году.

Сегодня ни один уважающий себя мегаполис не может обойтись без метрополитена, малейший сбой работы которого приводит к транспортному хаосу всего города и парализует работу миллионов людей.

Неудивительно, что в России первое метро появилось в Москве. Из двух российских столиц Москва нуждалась в метро значительно сильнее, чем Петербург. Не только потому, что Москва имеет большие размеры, сколько вследствие исторически беспорядочной застройки центра города. Тогда как Петербург сразу строился по общему плану и поэтому в итоге получил более работоспособную систему общественного транспорта.

Проект первого метрополитена в Москве представили инженеры Балинский и Кнорре. Они предложили соорудить диаметральную линию, а затем две кольцевые линии. Протяженность всех линий предполагалось довести до 54 километров. Городские чиновники и предприниматели, занимающиеся конными и трамвайными перевозками, в случае реализации проекта лишались своих прибылей. Поэтому в сентябре 1902 года в Большом зале Московской Городской думы проект был похоронен. Повод отклонения проекта был найден самый серьезный: «церковь Трех Святителей у Красных ворот, Никиты Чудотворца на Ордынке, Св. Духа у Пречистенских ворот и другие, ввиду близости эстакады, которая в некоторых местах приближается к храмам на расстояние 3-х аршин, умаляются в своем благолепии». Так проект московского метро отправился в архив вслед за трамваями Пироцкого.

Но рано или поздно Москва должна была вернуться к транспортной проблеме, которая становилась все острее и острее. В июне 1931 года первый секретарь Московского комитета ВКП(б) Л. М. Каганович продвигает на партийном пленуме решение срочно строить метро. В конце ноябре 1931 года во дворе дома № 13 по Русаковской улице около Сокольников началось строительство.

Опыта постройки метрополитена у наших специалистов не было, поэтому для его постройки привлекались донбасские шахтеры. Стройка осложнялась наличием «плывунов» - неустойчивого грунта из песка и воды. Большой проблемой стало изготовление эскалаторов, которые были по тем временам эксклюзивным товаром, производимым только двумя английскими фирмами. Пришлось покупать один из них за баснословные деньги, а затем на его основе налаживать производство своих эскалаторов.

Первый в нашей стране метрополитен был открыт в Москве 15 мая 1935 года. Первая очередь была протяженностью 11,6 километра и имела 13 станций. Но даже эта коротенькая трасса стала для перегруженной Москвы большой помощью – в сутки по ней проезжало 177 тысяч пассажиров. Занимая сегодня пятое место в мире по развитости железнодорожной сети, московское метро прочно удерживает первенство по количеству перевозимых пассажиров. Ежедневно его услугами пользуется от 8 до 10 миллионов человек! Под землю и обратно их перемещает более 600 эскалаторов, а свежим воздухом обеспечивают около 5000 вентиляторов. Иностранцы, увидевшие мраморные дворцы наших станций метрополитена, начинают понимать, почему мы не называем наше метро «подземкой». Но еще больше их поражают полутораминутные интервалы между поездами московского метро – такого короткого интервала нет нигде в мире, даже в суперкомпьютеризированном Токийском метро.

Сегодня, кроме Москвы и Петербурга метро имеется в семи городах России: в Екатеринбурге, Новосибирске, Самаре, Нижнем Новгороде и Казани.

Основным недостатком метро, конечно же, остается огромная стоимость его строительства. Но альтернативы нет – российские города-миллионники сегодня просто задыхаются в автомобильных пробках, что снижает их привлекательность для постоянного проживания, инвестиций и бизнеса.

Современное метро – это город в городе, подземное отражение своего верхнего двойника. Там есть свои магистральные проспекты, тихие и даже заброшенные улицы. Если какой-нибудь микрорайон города начинает бурно развиваться, туда тянется и метро, и наоборот, если на пустынном месте вдруг появляется станция метро, вокруг нее сразу же начинается бурное наземное строительство. О метро слагаются легенды, мифы, снимается кино, пишутся романы и фантастические повести. Многие фантасты считают, что в случае глобальной катастрофы метро станет основным местом обитания людей.

Но кроме метрополитена существуют подземные сооружения, не уступающие ему в масштабах. В настоящее время построено множество подземных водохранилищ, что позволяет располагать их рядом с городами. Это не требует значительной площади для организации водоохраной зоны, необходимой для открытых водоемов.

В 1907 году в Германии первыми догадались строить подземные гидроэлектростанции. В 1914 году немецкие инженеры приспосабливают выработки законсервированных шахт под склады, а в 1917 году строят первый подземный приборостроительный завод. Идея постройки подземного завода оказалась для того времени весьма кстати. Подземный завод трудно обнаружить и невозможно разбомбить. Отсутствие вибрации, шума, благоприятный микроклимат благоприятствуют размещению под землёй заводов точного приборостроения, электроники, специального машиностроения и др. Неудивительно, что практика постройки подземных заводов быстро распространилась. B 1930-e гг. подземное строительство авиазаводов, ангаров, складов боеприпасов, гаражей, нефтехранилищ велось во Франции, Швеции, Германии, США. В Швеции в 1939 году начал работу подземный завод по очистке сточных вод. В городе Aтчисон (США) вступил в эксплуатацию первый крупный подземный холодильник.

Практика использования подземных промышленных предприятий показала их технико-экономическую эффективность и безопасность. B 1950 году в США появляется новый тип подземных сооружений – хранилища газа и нефти. Уже к концу 1960-x гг. в США около 98% сжиженных газов хранилось в подземных условиях. Сегодня десятки стран, в том числе, и Россия, имеют множество таких хранилищ. Некоторые из них поражают своими размерами: подземный завод может иметь объем свыше 1 млн. м³, а газохранилище вполне может иметь объем в несколько млрд. м³! K cepедине 80-x гг. XX века количество подземных ГЭС, эксплуатируемых и строящихся в мире, достигло 400, a их общая мощность – 50 млн. кBт.

Современная техника позволяет осваивать большие объёмы извлекаемых горных пород. Например, объём всех подземных выработок Pогунской ГЭС мощностью 2,7 млн. кBт – 5,6 млн. м³. Можно только представить машинный зал такой подземной ГЭС протяжённостью до 500 м. Сказочные гномы Мории, увидев такое, наверное, сильно бы позавидовали.

Этим станциям не страшны природные катаклизмы, такие как ураган, снегопад, перепад температур, затруднена возможность уничтожения в случае войны, при террористическом акте или при падении самолета, уменьшаются потери тепла и т.п. При землетрясении сейсмическая активность на глубине значительно меньше, чем на поверхности. По расчётам Горного института Кольского научного центра Российской Академии Наук, для АЭС, заглублённой на 120 м, при землетрясении такой же мощности сейсмическое воздействие уменьшается в 1,4–1,7 раз. Совершенно логично, что под землю стали помещать и атомные электростанции.

Первой подземной АЭС Советского Союза можно считать ядерные реакторы Красноярского горно-химического комбината в городе Железногорске. В 1958 году заработал первый реактор под символичным названием «АД». Основной задачей комбината была наработка оружейного плутония, но попутным продуктом мирного назначения была электроэнергия. Разместились реакторы в подземных выработках на глубине более 200 м от поверхности земли.

Позже такие станции, но только исключительно мирного назначения, стали появляться в других странах: в 1960 году в Норвегии появилась подземная АЭС мощностью 25 МВт, укрытая в скальном массиве на глубине 30 м; в 1963 году в США начала работать экспериментальная подземная АЭС «Хамболдт»; в 1967 году во Франции была построена самая мощная из зарубежных подземных АЭС – «Сена-Чуз» мощностью 275 МВт с реактором, заглублённым в сланцы на 50 м.

Дополнительные аргументы в пользу размещения под землей атомных электростанций связаны с тем, что в случае аварии толща земли удержит волну взрыва и не выпустит радиоактивные продукты работы реактора в окружающую среду. В случае нормальной эксплуатации станции не требуется никуда вывозить радиоактивные отходы, образующиеся в процессе работы АЭС. Они накапливаются и хранятся здесь же, в приреакторных бассейнах под землёй. Ну а когда придет время закрыть отработавшую станцию, ее просто можно залить бетоном.

Недостаток связан с высокой стоимостью подземного строительства, которое в полтора раза выше наземного.

В общем, ближайший слой земной литосферы непосредственно возле поверхности можно считать освоенным. Особенно это чувствуется в больших городах. Удорожание и недостаток наземной территории, необходимость упорядочения транспортного обслуживания населения, обеспечения мест для стоянки автомобилей, загоняют строительство под землю, что обусловливает рост города не только вверх, но и вниз. Подземные пешеходные переходы, рестораны, огромные торговые центры уже никого не удивляют. Становится тесно и под землей. Случаются казусы: при прокладке траншеи под водопровод экскаватор выкапывает потолок торгового центра, строительная компания, вбивающая бетонный столб в землю для рекламного щита, вгоняет его… в вагон метрополитена!

Но нельзя сказать, что человек полностью освоил это пространство так же, как воздух или воду. Хочется так же свободно и быстро перемещаться под землей как на подводной лодке. Если фантастические идеи недавнего прошлого о полете к облакам и за пределы атмосферы уже реализованы, то идея путешествия к центру Земли так и остается неосуществимой даже в обозримой перспективе.

Неудивительно, что время от времени появляются слухи, легенды о создании секретных «подземных лодок». Так, якобы в конце 20-30 годов прошлого века в СССР некие инженеры А. Треблев, А. Кирилов и А. Баскин разработали и создали подземную лодку, испытанную на Урале где-то в рудниках под горой Благодать. Публикуются даже фотографии следов движения этого агрегата.

Естественно, что легенды не оставили в стороне версии о сверхоружии Третьего Рейха. Германия одной из первых активно стала строить подземные заводы. Почему бы Германии не заняться подземным оружием? Разработки военных подземных аппаратов нацистов имели кодовые названия «Subterrine» (Морской лев) и «Midgardschlange» (Змея Мидгарда). Змея Мидгарда, по предположениям, могла передвигаться под водой со скоростью в 30 км/ч, а под землей — до 10 метров/ч.

СССР времен Никиты Сергеевича Хрущева приписывается попытка создания атомного подземного «крота», способного передвигаться со скоростью до 7 м/ч. Однако действительность превзошла всяческие ожидания. В 1948 году инженер Михаил Иванович Циферов создавал подземный снаряд и даже получил авторское свидетельство СССР на изобретение подземной торпеды – аппарата, способного самостоятельно двигаться в толще земли со скоростью 1 м/с!

И это никак нельзя отнести к слухам. Изобретению было посвящено несколько передач Центрального телевидения, снаряд Циферова демонстрировался на ВДНХ СССР, и его создатель был представлен к награждению золотой медалью. Реактивный снаряд Циферова на испытаниях выкапывал колодец за несколько минут. Это, конечно, не подземный корабль, размеры снаряда невелики, и дальность его проходки не превышает нескольких сотен метров. Но снаряд мог бы использоваться для бурения неглубоких скважин до 200 м. И хотя приоритет СССР в разработке подземных ракет признан патентами США, Англии, Канады, Франции, ФРГ, Японии и ряда других стран, изобретение не получило должного применения.

Говоря о масштабах освоения подземного пространства, Землю часто сравнивают с яблоком. При такой аналогии Кольская сверхглубокая скважина даже не протыкает кожуры. Может когда-нибудь и состоится путешествие к центру этого яблока. И это будет совсем не безопасная прогулка!

Темы для докладов и рефератов

Подземные города Древности.

История московского метрополитена.

История екатеринбургского метрополитена.

Легенды Нью-Йоркской подземки.

История эскалатора.

Подземные заводы времен Второй мировой войны.

Устройство подземного хранилища для ядерных отходов.

Системы вентиляции метрополитена.

Дискуссии

Была ли подземная лодка?

Существует ли сейсмическое оружие?

Литература

1. Покровский, Н.М. Проектирование комплексных выработок подземных сооружений / Н.М. Покровский. - M., 1970.

2. Лубенец, Г. K., Посяда B. C., Строительство подземных сооружений / Г. K.Лубенец, B. C.Посяда, Kиев, 1970.

3. Mостков, B. M. Подземные сооружения большого сечения / B. M. Mостков. 2 изд., - M., 1974.

4. Швецов, П. Ф. Под землю, чтобы сберечь Землю / П. Ф. Швецов, A. Ф. Зильберборд. - M., 1983.

5. Словари и энциклопедии на Академике. Подземные сооружения. - http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_geolog/3952.

6. От сложного к простому. - www.374.ru.

7. Подземные корабли. - http://oct1000.narod.ru/krot.html.

8. История талантливой разработки. - http://epizodsspace.no-ip.org/bibl/tm/1984/2/istoriya.html.