Читать книгу Подземные реки Москвы - Товарищ Хэлл - Страница 3

Почему реки убирают под землю?

Ещё в конце XVIII века возникла необходимость убрать под землю часть реки Неглинной. Это было вызвано её загрязнённостью бытовыми стоками, а также планами по застройке и благоустройству местности.

Кстати, в 1767 году Екатерина II издала по Москве указ такого содержания: «Накрепко запретить и неослабно того наблюдать, чтобы в Москву-реку и прочие через город текущие воды никто никакого сору и хламу не бросал и на лёд нечистот не вывозил». Правда, соблюдался он из рук вон плохо. Загрязнялась и Москва-река, и её притоки.

Вопрос застройки и благоустройства имел также большую важность. Казалось бы, течёт маленькая речушка и никому не мешает. Строй возле неё и не обращай внимания. Но даже у самого захудалого ручья есть своя пойма, по которой он разливается в паводок.

Однако если поместить реку в коллектор, то здания могут располагаться в считанных метрах от его трассы. А небольшие постройки и дороги – прямо над самим коллектором.

Конечно, желательно сохранять малые реки в их первозданном виде и обустраивать по их берегам живописные парки. Как это сделано на Яузе, Лихоборке, Сетуни. Но не всегда окружающие условия позволяют так поступить. И не везде такое решение целесообразно. Реки и ручьи с малым или непостоянным расходом воды часто образуют вовсе не живописные долины, а болота с жабами и комарами. Открытый искусственный канал для таких водотоков за несколько лет превратится в дикую топь посреди города.

Поэтому иногда заключение реки в подземный коллектор представляется наиболее разумным вариантом.

Назначение дренажа

Дренаж (дренажная система) – комплекс мероприятий и сооружений для сбора и удаления поверхностных и/или грунтовых вод с определённой территории.

Следовательно, реки и ручьи можно назвать естественными открытыми дренажными каналами.

В нашем случае сооружения для сбора и удаления воды – подземные коллекторы.

Из определения видно, что дренажные системы выполняют две основные функции:

• собирают и отводят поверхностные воды (дождевые, талые), защищая территории от подтоплений;

• понижают уровень грунтовых вод. Как правило, это необходимо, чтобы грунтовые воды залегали ниже подошвы фундаментов зданий на участке, где устроена дренажная сеть.

Наиболее важной в масштабах города является первая функция. А для конкретного здания или группы зданий – вторая.

Что собой представляет дренажная сеть?

По типу расположения в толще грунта дренажи делятся на:

• горизонтальные;

• вертикальные;

• комбинированные.

Коллекторы подземных рек относятся к горизонтальным, т.к. располагаются на большой площади и в одном диапазоне глубин.

Коллектор реки – это не одна большая труба в несколько километров, а разветвлённая сеть, в которой трубы меньшего сечения подходят к трубам большего сечения.

Принцип действия дренажной системы можно уподобить корням дерева. Мелкие отростки (врезки, подключки) собирают воду из толщи земли и направляют её в более крупные (притоки). А основанием является главное корневище (основной/магистральный коллектор реки), куда поступает вся вода и которое, в свою очередь, направляет влагу к стволу дерева (открытому водоёму или водотоку).

Рисунок 1. Принципиальная схема дренажной сети. Диаметры коллектора указаны для сравнения

Вода по дренажной сети, как правило, движется самотёком за счёт уклона коллектора.

Вода поступает в дренажную сеть несколькими путями:

• через специальные отверстия в трубах и стыковые зазоры между ними;

• через дождеприёмники и аналогичные устройства (часто встречаются вдоль автодорог);

• через водосливы из открытых водоёмов и водотоков: рек, ручьёв, прудов, каналов;

• по организованным водосбросам с предприятий (ТЭЦ, снегоплавильных пунктов, очистных сооружений и т.д.).

Рисунок 2. Схематичный продольный разрез самотёчного коллектора

Особо обращаем внимание на то, что речь идёт именно о воде, а не о хозяйственно-бытовых или производственных стоках, содержащих загрязнения. Их поступление в коллекторы подземных рек недопустимо.

В идеальных условиях вода в подземной реке должна быть пригодна для технических нужд, полива и даже для купания. Если же вода загрязняется, то в помойную канаву превращается не только подземная река, но и открытый водоём или водоток, куда она впадает. В нашем случае это Москва-река.

Основные элементы дренажной сети

Мы рассмотрим элементы дренажной сети не столько в разрезе строительной практики, сколько с позиции исследователя подземных сооружений.

Самым главным элементом является проходной коллектор (проходная галерея). Термин «проходной» применяется для коллекторов с высотой от 1,6—1,8 метра и более. Т.е. подразумевается, что сотрудники эксплуатирующей службы могут перемещаться в нём в полный рост или немного пригибаясь.

Для любого коллектора можно выделить три участка: верховья, среднее течение, низовья. Это деление условное. Точно установить границы сложно, чаще они выставляются субъективно. Однако для каждого участка есть характерные признаки.

Верховья (фото 3) – часть коллектора у истоков. Характеризуется малым расходом воды и значительно меньшими размерами сечения по отношению к основной трассе. Если на всём протяжении диаметр коллектора составляет 2 м, а возле истоков – 1,6 м и менее, то это место допустимо считать верховьями.

Установить точное расположение истока подземной реки редко представляется возможным. Если на поверхности исток бывает выражен чётко – родником, оврагом или прудом, то в условиях подземной реки к месту истока могут подходить многочисленные местные дренажные сети малого диаметра, которые иногда тянутся ещё на несколько километров. Поэтому обычно за исток подземной реки принимается место, откуда река брала начало до заключения в коллектор.

Низовья – часть коллектора возле устья (места впадения реки в другой водоток или водоём). Обладает бо́льшим расходом воды и значительно бо́льшими размерами сечения, по отношению к основной трассе. Хотя бывает и так, что при подходе к порталу габариты коллектора не только не увеличиваются, но и уменьшаются. Также низовья могут иметь чёткую конструктивную границу в виде: перепада (Пресня, Чура), изменения количества ниток коллектора, увеличения глубины воды (Чечёра, Лихоборка), изменения типа конструкции коллектора (Хапиловка).

Среднее течение – отрезок между верховьями и низовьями.

Притоки (фото 13, 23) – коллекторы с высотой сечения или диаметром более 1 метра, подходящие к основному. Могут включать в себя как существовавший естественный приток реки, так и дренажную сеть.

Врезки, подключки (фото 25) – трубы и коллекторы диаметром менее 1 метра, как правило, подведённые уже после окончания строительства и пуска основного коллектора.

Обгонный коллектор (фото 21) – коллектор, проложенный параллельно основной нитке для перехвата части стока (обычно на время паводка). Не стоит путать с параллельной ниткой. Обгонный коллектор может быть заложен на другой высотной отметке либо иметь другое сечение. И в межень воды в нём мало либо вообще нет.

Обводной (дублирующий) коллектор – коллектор, предназначенный для отвода воды от основной нитки/сооружения на время реконструкции или ремонта. По завершении работ он может служить в качестве обгонного.

Рисунок 3. Обводной коллектор

Камера (фото 19, 20, 35) – конструктивное технологическое расширение коллектора. Проще говоря, комната, предназначенная для проведения различных работ в коллекторе. Как правило, в камеру попадают через смотровой колодец. Но некоторые камеры не имеют таковых.

Рисунок 4. Камера смотрового колодца (для диаметров менее 1 метра)

Смотровой колодец (фото 37, 40, 41, 55) – вертикальное сооружение для спуска в коллектор. Снабжён лестницей/скобами и люком. Устраивается на поворотах, изменениях сечения и в других характерных точках. Либо с определённым шагом в зависимости от габаритов коллектора.

Рисунок 5. Камера технологического колодца для проходных диаметров

Технологический колодец (фото 39) – вертикальное сооружение для спуска в коллектор специального оборудования. Имеет большую ширину, чем обычный смотровой колодец. Может не иметь лестницы. Закрывается многосекционным люком.

Нитка (коллектора), рабочая линия (фото 32, 33). Обычно коллекторы прокладывают в одну нитку. Но иногда условия требуют устройства двух или трёх параллельных друг другу нитей коллектора. Например, при прокладке коллектора под автомобильной дорогой или железнодорожными путями. Такое решение помогает в дальнейшем избежать проблем с ремонтом. Воду пускают по одной нитке, а другую – ремонтируют.

Рисунок 6. Двухниточный и трёхниточный участки

Ещё подобный вариант актуален для рек с большим расходом воды. Вместо того чтобы строить один коллектор большого сечения, рациональнее проложить две нитки меньшего сечения. Это упрощает процесс строительства и эксплуатации.

Забутовка (фото 43, 44) – перегородка, закрывающая неэксплуатируемый рукав коллектора, приток или подключку. Выполняется из кирпича, железобетона или металла.

Портал (фото 47, 48, 49, 50, 51) – точка выхода подземной реки на поверхность. Может располагаться не только в нижнем течении, но и в верхнем. Т.е. верховья реки находятся в открытом русле, затем через верхний портал река уходит под землю и потом выходит на поверхность через нижний портал. Стоит отметить, что в этом случае понятия верхнего, среднего и нижнего течений будут также применимы для коллектора.

Шиберная камера (фото 34, 80) – камера с затвором (шибером), который при необходимости перекрывает поток воды частично или полностью.

Перепад (фото 27, 28, 29, 30, 31) – вертикальное сооружение в месте резкого изменения отметок заложения дна коллектора. Такая разница отметок возникает из-за того, что коллектор должен иметь определённый уклон: не меньше и не больше нормативного значения. Но рельеф местности и окружающая застройка не всегда позволяют проложить коллектор в одну непрерывную линию с нужным уклоном.

Рисунок 7. Камера с перепадом

Водобойные устройства (фото 23, 27, 28) – предназначены для гашения энергии воды на перепаде. Без них происходило бы интенсивное разрушение конструкций коллектора, попадающих под непосредственное воздействие потока. Такие сооружения обычно представлены водобойными ямами, куда поступает вода. Иногда на пути падающего потока устанавливаются металлические или железобетонные балки либо возводится комбинированная конструкция.

Сбойка – короткий горизонтальный участок, соединяющий между собой:

– параллельные нитки;

– обгонный и основной коллекторы;

– основной коллектор и другие сооружения.

Рисунок 8. Соединение ниток коллектора сбойкой

Типы сечений

Круг (фото 2, 5, 13, 15, 16)

Рисунок 9. Круглое сечение из железобетонных труб

Рисунок 10. Круглое сечение из керамического кирпича

Самый распространённый тип поперечного сечения коллектора. Обычно выполняется из сборных железобетонных труб и колец (форму кольца обычно имеют элементы диаметром 3,5 м, 2,5 м и 1,6 м. В настоящей книге в описании коллекторов кольцевые элементы названы трубами).

Иногда применяют монолитный железобетон. Коллекторы небольшого диаметра могут исполняться в металле.

В последнее время получили широкое распространение пластиковые гофрированные трубы. А в дореволюционную эпоху такое сечение выполнялось из керамического кирпича.

Прямоугольник (фото 6, 7, 8, 17)

Рисунок 11. Прямоугольные сечения из сборного железобетона

Также популярная конструкция коллектора. Выполняется как из готовых железобетонных секций, так и из сочетания стеновых элементов и плит покрытия.

В некоторых подземных реках стены выполнены из керамического кирпича.

Соотношения высоты и ширины коллектора бывают различны. Есть так называемые широкий и высокий прямоугольники.

Арка (фото 1, 4, 14)

Рисунок 12. Арочные сечения из кирпича и каменных блоков

Арочные сечения разнообразны. Параболические арки (ручей Победы, Леоновский ручей и многочисленные коллекторы под железнодорожными насыпями) или арки с вертикальными стенками и полукруглым сводом (верхнее течение Неглинной, участок в Пресне и Коломенке).

Иногда арки выполнялись из блоков известняка или керамического кирпича. Относительно новые конструкции выполняются из монолитного железобетона или секций гофрированного пластика или металла.

Особого внимания, конечно, достоин Щекотовский тоннель. Его распластанная параболическая арка великолепно работает уже более века. Кстати, в современных конструкциях можно наблюдать подражание. Например, участки в Копытовке и Чернушке.

Полукруг

Рисунок 13. Полукруглое сечение

Редкий тип. С точки зрения гидравлики такое сечение хуже служит для пропуска воды, чем круг. Но и оно встречается в строительной практике. Выполняется чаще из монолитного железобетона. Иногда за полукруг принимают круглое сечение, затянутое илом и мусором более чем на половину высоты исходного сечения.

Яйцо (фото 10, 11)

Рисунок 14. Яйцеобразное сечение. Классическое (слева) и «правильное» (справа)

Конструкция старого типа, похожая на яйцо, перевёрнутое острым концом вниз. Такое сечение весьма эффективно с точки зрения гидравлики и хорошо воспринимает давление грунта. Выполнялось из керамического кирпича, реже из бетона на кирпичном бое.

Широко применялось для малогабаритных непроходных коллекторов. Но есть и много проходных коллекторов с таким сечением: верховья Ольховца, притоки Чечёры, Неглинки, Буданка и другие.

Поперечное сечение коллектора ручья Поклонной горы представляет собой «правильное» яйцо, повёрнутое тупым концом книзу, что для Москвы является редкостью.

Редкие сечения (фото 9)

Рисунок 15. Овальное и трапецеидальное сечения

Иногда встречается экзотика в виде участка с овальным сечением из блоков известняка (Черногрязка) или трапеции (Кожевнический Вражек).

Тип и габариты поперечного сечения коллектора подбираются в зависимости от конкретных условий строительства и водного режима объекта. Размеры принимаются с большим запасом. Максимальный проектный объём паводковых вод, которые должен пропускать коллектор, определяется по данным наблюдений за рекой. Если натурных данных не хватает, то используют статистические зависимости. Однако это не гарантирует на 100%, что не произойдёт подтопления местности, защищаемой дренажной сетью.

Проблема не в проектных ошибках, а в непредсказуемости природы. Случается так, что выпадает объём осадков, который никогда прежде не наблюдался. И его величина выбивается из ряда прогнозируемых значений.

Возникает резонный вопрос: почему бы просто не закладывать везде большие коллекторы? Во-первых, не везде в городе можно проложить коллекторы с крупным сечением. Во-вторых, это экономически нецелесообразно. Стоимость строительства и эксплуатации дренажных сетей увеличится в разы. В-третьих, не факт, что закладка крупных габаритов спасёт от сильного ливня, бывающего раз в тысячу лет.

Строительство

Хотя необходимость строительства коллекторов для ряда рек возникла ещё в XVIII веке, эти планы стали активно воплощаться только с конца XIX века. И до 1914 года более половины малых рек и ручьёв на территории Москвы были убраны под землю. Важно учитывать тогдашние административные границы Москвы, проходившие по линии МЦК (в прошлом МКЖД).

Коллекторы преимущественно возводились открытым способом. Сначала откапывалась глубокая траншея (или котлован), затем в ней возводился коллектор. Трасса коллектора проходила параллельно открытому руслу. При необходимости строить прямо в русле часть реки отгораживали временными перемычками, а воду пускали по обводному каналу. Отгороженный участок осушали и вели строительные работы.

Прежде основных конструкций подготавливалось основание. На грунт укладывалась песчано-гравийная подушка и/или основание из монолитного бетона. Это было необходимо для того, чтобы избежать неравномерных осадок частей коллектора.

Широко использовалась кладка из керамического кирпича. Реже каменные блоки и бетон. Именно качество кирпичной кладки представляет особый интерес.

Трудно представить, что она производилась без каких-либо средств механизации. Всё, что использовалось: внутренняя опалубка, задававшая параметры сечения коллектора, ручной инструмент и мастерство каменщиков.

После набора кладкой требуемой прочности коллектор засыпали и пускали по нему воду.

Общие темпы строительства коллекторов напрямую связаны с ростом Москвы и застройкой новых районов. Поэтому следующая «волна» пришлась на годы первых пятилеток. А затем на 60-е, 70-е и 80-е годы, когда границей Москвы стала МКАД и сельская местность внутри неё подверглась интенсивной урбанизации.

В эти периоды на первый план выходит дешевизна строительства и простота производства работ. Кирпич с именными клеймами производителей сменяет сборный и монолитный железобетон.

Особенно широкое распространение получают типовые элементы из сборного железобетона заводского изготовления.

И самый популярный элемент – железобетонная труба.

Основная задача при использовании сборных элементов сводится к их корректной установке в проектное положение и защите стыков секций от негативных воздействий. Поэтому готовая труба имеет преимущество перед составными сечениями из стеновых панелей и плит покрытия.

Использование типовых элементов позволило значительно упростить и ускорить производство работ, а также унифицировать процесс строительства. Но гидротехника не та область, где можно обойтись банальным дублированием. Поэтому практически для каждой реки приходится вырабатывать свои решения, о чём можно узнать из описания коллекторов в данной книге.

Во второй половине XX века при строительстве коллекторов кроме открытого способа начинают использовать щитовую проходку, что позволяет значительно уменьшить объём земляных работ. А при проведении реконструкции существующего коллектора позволяет избежать негативного воздействия на окружающую застройку на поверхности.

На сегодняшний день монолитный железобетон и пластиковые гофрированные трубы составляют конкуренцию сборным элементам.

Как ни странно, все эти технологии пока что не превзошли по долговечности кирпичные сооружения, возведённые на рубеже XIX и XX веков.

По использованию пластиковых труб пока нет достаточной статистики, а железобетонные конструкции приходится ремонтировать, дополнительно усиливать и местами реконструировать.

Эксплуатация и ремонт

На территории Москвы систему коллекторов подземных рек обслуживает ГУП «Мосводосток».

Некоторые дренажные сети обслуживаются отдельными предприятиями, потребности которых эти сети обеспечивают.

Эксплуатация коллекторов – непростая задача. Даже если река ведёт себя спокойно внутри коллектора, то конструкциям всё равно приходится противостоять агрессивной среде и неблагоприятному температурно-влажностному режиму.

Типичные дефекты, которые можно наблюдать в коллекторах:

• разрушение защитного слоя бетона и коррозия рабочей арматуры в железобетонных элементах (фото 64);

• иловые и песчаные отложения (фото 58);

• скопления крупного мусора;

• поражение лестниц и других металлоконструкций коррозией (фото 38);

• просадка части коллектора и смещение элементов коллектора от проектного положения (фото 67);

• деформационные трещины (фото 65);

• сульфатная коррозия бетона и кирпичной кладки (высолы), образующая со временем сталактиты (фото 8, 37);

• проникновение грунта в коллектор через межсекционные швы;

• поражение поверхности конструкций плесенью и грибными колониями (фото 72);

• размыв дна, канавки на дне в кирпичных коллекторах (фото 36);

• кавитация на водобойных устройствах и перепадах без таковых устройств;

• проникновение внутрь коллектора корневых систем деревьев (фото 71);

• повреждение и разрушение стенок коллектора из-за механического воздействия при ремонтных работах или при устройстве новых врезок;

• динамические нагрузки на участки, проложенные под автомобильными и железными дорогами;

• газовая коррозия, возникающая из-за деятельности микроорганизмов, питающихся сероводородом.

Эксплуатация коллекторов помимо прочего подразумевает под собой надзор за их техническим состоянием.

В среднем коллектор реки обследуется один раз в год. Проходные коллекторы обследует инженерно-технический персонал путём непосредственного осмотра, а непроходные сечения обследуют через смотровые колодцы. Иногда используют небольших роботов, способных перемещаться по трубам малого сечения.

Засоры в коллекторах устраняются тралением специальными устройствами (шар, «кошка», цилиндр), расчисткой с помощью ручного инструмента и малых средств механизации или пропуском большого расхода воды, который вымывает скопившийся мусор.

По мере поражения коррозией и увеличения физического износа меняются лестницы и люки в смотровых колодцах.

При сплошном разрушении защитного слоя бетона или расслоении кирпича проводят санацию коллектора:

• стальными или пластиковыми трубами чуть меньшего диаметра;

• устройством защитной рубашки из монолитного бетона или набрызг-бетона;

• установкой специальной внутренней оболочки (УФ-полотно), твердеющей под воздействием ультрафиолетового излучения;

• другими методами, отвечающими требованиям конкретной ситуации.

При масштабных разрушениях или реконструкции работы выполняют либо открытым способом, откапывая нужный участок, либо щитовым, производя всё под землёй.

Рисунок 16. Схема гидромеханической промывки коллектора