О метрополитене написано немало книг, и пересказать их содержание в одной короткой главе невозможно. Оригинальных технических решений в московском и ленинградском метро предостаточно. Например, в оформлении станции «Маяковская» в Москве использованы гофрированные детали из нержавеющей стали. Они были сделаны на широкополосном профилированном стане, закупленном «Дирижаблестроем» ещё в начале 1930-х годов для реализации проекта цельнометаллического дирижабля Циолковского. Дирижабль так и не построили, а стан простаивал вплоть до 1938 года, когда его внезапно решили использовать для изготовления деталей интерьера «Маяковской».
Множество технических решений разной степени оригинальности было применено при проектировании послевоенных станций: их предполагалось использовать не только в качестве транспортных узлов, но и как бомбоубежища. Гермозатворы есть почти на каждой станции московского метрополитена – обратите внимание, насколько рознятся их конструкции и системы закрывания. Особенно заметны распашные гермозатворы, которые не выезжают из потолка или стен, а закрываются, как створки ворот.
В основном эти технологии были новыми для Советского Союза, но изобретенными давно и в других странах. Более того, в 1930-е годы многие технологические решения покупались за границей. Отношения с Западом у нас были натянутыми, но экономика диктовала свои условия, и сотрудничать приходилось, причём довольно активно.
Мы же сейчас поговорим о решениях, которые были применены в советских метрополитенах впервые в мире.
Введение в типы станций
По времени появления метро Россия серьёзно отстала от заграницы. Первая подземка (если не считать Лионского фуникулёра) открылась в Лондоне в 1863 году, затем появились линии в Чикаго (1892), Ливерпуле (1893), Глазго и Будапеште (обе в 1896 году) и т. д. Если не считать близкие к метро, но не типичные системы, например мини-метро Капитолия в Вашингтоне или метротрам Сан-Франциско, можно сказать, что Московский метрополитен стал 17-м по счёту в мире. Неплохо, конечно, но в число лидеров он не попал.
Первые станции метро по всему миру строились исключительно открытым методом (то есть выкапывался котлован, прокладывались тоннели, котлован закрывался и засыпался грунтом) либо же вообще находились на поверхности. Забавно, кстати, что по-английски открытый метод так и называется – cut-and-cover, то есть «срезать и накрыть». Закрытый метод подразумевает использование тоннелепроходческого комплекса, то есть щита. Сам тоннелепроходческий щит изобрёл, построил и эффективно использовал великий британский инженер Изамбард Брюнель ещё в 1825 году при прокладке тоннеля под Темзой. В 1880-е годы всё в том же Лондоне этим методом впервые построили линию глубокого заложения. К метро она отношения не имела, это была открытая в 1890 году железная дорога Сити и Южного Лондона (City and South London Railway, C&SLR), которая частью своего маршрута также проходила под Темзой. На первых порах на C&SLR было всего шесть станций, но впоследствии она разрослась и присоединилась к общей системе метрополитена – сегодня это часть Северной линии. Существует ещё ряд технологий, относящихся к закрытому методу, где не используется проходческий щит, но они появились гораздо позже.
Поначалу в мировой практике были лишь единичные случаи использования закрытого метода – когда стояла задача проложить тоннель, не затрагивая историческую застройку, или пройти под рекой. Везде, где это было возможно, планировались станции неглубокого заложения с максимально упрощёнными строительными технологиями.
Конечно, всегда существовала проблема топологии: чаще всего глубокое заложение обусловлено необходимостью проложить линию под холмом. Но строители старались обходить такие особенности рельефа, причём очень простым способом. Можно строить неглубоко: пусть под холмом станция будет иметь заложение в 15 метров, а где холма нет, линия просто пройдёт над землёй. Так делали и в Нью-Йорке, и в Париже, и в других городах, где сегодня можно прокатиться по надземной эстакаде метро и полюбоваться видами. Самые глубокие станции мира располагаются именно под холмами – это невероятная «Арсенальная» в Киеве (105,5 метра), «Парк Победы» в Москве (84 метра), Washington Park в Портленде (79 метров). По средней глубине метрополитена лидирует Санкт-Петербург, но это обусловлено не холмистостью местности, а тем, что город стоит на болотах и стабильная почва начинается на значительной глубине.
Неглубоко расположенная станция держит на себе относительно небольшой слой почвы плюс дома, дорожное покрытие и инфраструктурные сооружения. Поэтому количество технических решений, которые можно применить при строительстве станции мелкого заложения, очень велико. Большинство таких станций – колонные (вообще, колонные мелкого заложения – это самый распространённый в мире тип станций), то есть их перекрытие имеет дополнительные опоры – колонны, расположенные в один ряд (двухпролётная станция) или в два (трёхпролётная станция). Также бывают однопролётные станции – они аналогичны колонным, перекрытие у них балочное, но опор и нескольких станционных залов на таких станциях нет, вся станция представляет собой единое пространство. Такие станции надо отличать от односводчатых – их свод монолитно переходит в стены.
Но чем глубже станция, тем больше давление и тем выносливее должны быть её несущие конструкции. Подходы, используемые на станциях мелкого заложения, на глубине применить нельзя. Например, однопролётная станция глубокого заложения в принципе невозможна. В связи с этим первые станции глубокого заложения были пилонными. Пилонная станция представляет собой три независимых тоннеля (станционный зал и собственно боковые тоннели), соединённых проходами. Обделки тоннелей независимы друг от друга, если обрушится один, с остальными ничего не случится. Визуально это выглядит как система толстых «колонн» (пилонов) – таких станций множество в Москве («Охотный Ряд», «Смоленская» Арбатско-Покровской линии и т. д.). Основная их проблема – обилие узких проходов и низкая пропускная способность.
При строительстве метрополитенов в Москве и Санкт-Петербурге инженеры разработали целый ряд новых систем, которые ранее не применялись нигде в мире.
Своды «Маяковской»
Генеральный план реконструкции Москвы, утверждённый в 1935 году, включал в том числе строительство станции метро под Триумфальной площадью. Проектное название её несколько раз менялось: сначала это была «Триумфальная площадь», затем «Площадь Маяковского», и, наконец, появилось знакомое всем нам название «Маяковская». С самого начала главный архитектор станции Самуил Кравец хотел сделать лёгкое, красивое пространство, подразумевавшее колонную структуру. При этом в соответствии с техническим проектом станция закладывалась на глубине более 30 метров, что делало её станцией глубокого заложения и требовало пилонной конструкции.
Проект Кравца был отклонён комиссией, а приняли в итоге проект другого архитектора – Алексея Душкина, который выдержал станцию в духе ар-деко, сохранив при этом требуемую лёгкость. Перед инженерами встала непростая задача: им впервые в истории предстояло спроектировать колонную станцию глубокого заложения.
Начальником конструкторского отдела Метропроекта на тот момент был Михаил Абрамович Рудник, а его заместителем по станциям глубокого заложения – Роберт Шейнфайн. Под началом Шейнфайна было три отдела; разработку необычной станции поручили отделу инженера Гринзайда. К слову, в группе Гринзайда по программе обмена опытом работали двое американских специалистов. Начальный проект станции делался без непосредственного контроля Душкина, и, когда тот увидел его на финальной стадии, был очень недоволен. Инженеры поставили между опорами среднего свода мощные стальные распорки, призванные увеличить площадь, – это сводило на нет лёгкость станции и выносило на всеобщее обозрение технические элементы (как принято в американском метро). Проблема усугублялась тем, что строительство уже шло полным ходом и половина распорок была установлена.
Альтернативную конструкцию предложила Антонина Пирожкова, инженер из группы Гринзайда. Её проект подразумевал равнопрочную конструкцию с внедрением железобетонных плит, берущих на себя нагрузку, лежавшую на распорках. Шейнфайн и Гринзайд резко воспротивились (а Пирожкова к тому же была «молодым специалистом»), но Душкину идея понравилась, к тому же она получила одобрение знаменитого мостостроителя профессора Николая Стрелецкого и начальника строительства Иллариона Гоциридзе. В итоге проект Пирожковой, не подписанный никем из инженерной группы, пошёл в работу, распорки выбили, и станция приняла современный облик.
Воздушная «Маяковская» была открыта 11 сентября 1938 года и стала выдающимся памятником московской архитектуры. Годом позже проект получил Гран-при на Всемирной выставке в Нью-Йорке. Гринзайд этого не увидел: в 1937 году его арестовали за шпионаж, поскольку он оказался единственным в конструкторском отделе человеком, знавшим английский язык (замечу, что впоследствии он был оправдан, вышел на свободу и работал над залами станции «Электрозаводская»). Антонина Пирожкова стала выдающимся инженером-конструктором, преподавала в МИИТе, написала учебник по строительству тоннелей. Репрессии коснулись и её: в 1939 году в Переделкино был арестован её муж, знаменитый писатель Исаак Бабель (о его расстреле в 1940-м она узнала только после смерти Сталина). Технологии, использованные при строительстве «Маяковской», впоследствии нашли применение в других колонных станциях глубокого заложения.
Горизонтальный лифт
Не менее интересный тип станций впервые появился в Ленинграде в 1961 году – знаменитый «горизонтальный лифт», или станция закрытого типа. Вопреки широко распространённому заблуждению, сегодня такие станции есть не только в Петербурге, но и в других метрополитенах: в Токио, Ченнаи, Куала-Лумпуре, Сеуле и т. д.
В принципе станция закрытого типа – это разновидность пилонной или колонно-стеновой (то есть колонной, в которой часть пролётов заменена стенами). Но в такой станции нет посадочных платформ как таковых – в боковых тоннелях расположены только пути для поездов. Центральная же платформа отделена от тоннелей дверьми, расположенными таким образом, что при остановке поезда двери вагонов с ними совпадают. Двери поезда и станции открываются одновременно, как в лифте, – отсюда и название «горизонтальный лифт».
Зачем нужны такие станции? Существует легенда о том, что в Ленинграде «горизонтальные лифты» строили в целях гидроизоляции станции в случае наводнения. Но это, конечно, неправда. На деле станция закрытого типа помогает решить другие задачи. Во-первых, она безопасна: у пассажиров вообще нет доступа к путям, они не могут угодить под поезд. Мусор и посторонние предметы на пути тоже не попадают. Во-вторых, изоляция центрального зала от тоннелей позволяет добиться лучшего микроклимата на станции и уменьшить фоновый шум от подъезжающих и уезжающих поездов, то есть пассажиры чувствуют себя комфортнее. Наконец, строительство и отделка таких станций делаются быстрее и обходятся дешевле, чем в случае с открытыми платформами (щит проходит такую станцию за один раз, к тому же не требуется отделка боковых тоннелей). Этот третий фактор в хрущёвское «экономное» время сыграл решающую роль.
Правда, у станций закрытого типа есть и минусы: в эксплуатации «горизонтальные лифты» дороже, в частности, автоматика открывания дверей требует дополнительного обслуживания. Кроме того, из-за таких станций приходится увеличивать интервалы между поездами, так как время стоянки возрастает (пока двери открываются, пока закрываются). Да и с безопасностью, как показала эксплуатация, есть проблемы: несмотря на датчики, блокирующие закрывание дверей и отправление поезда, если в проёме находится человек, случаи попадания пассажиров в щель между поездом и платформой происходят регулярно. Когда в станционных дверях зажимается багаж, это тоже довольно неприятно. Наконец, под станции закрытого типа пришлось разрабатывать специальный состав поездов: подогнать станцию под существующие типы вагонов не вышло.
Но в целом это было новое слово в инженерном деле, и впервые оно прозвучало в Ленинграде при строительстве станции метро «Парк Победы». Станцию проектировал лично главный архитектор «Ленметропроекта» Александр Андреев, инженерной стороной заведовал Георгий Скобенников. Обычно при проектировании новых станций объявлялся конкурс, но, поскольку здесь внедряли совершенно новую, необычную схему, работу сразу поручили Андрееву как наиболее опытному и высокопоставленному специалисту.
Интересно, но в первоначальном проекте двери были прозрачными. Их заменили на глухие практически сразу – через месяц эксплуатации станции. Не уверен, сохранились ли снимки с теми дверьми, в основном этот факт известен из воспоминаний очевидцев. Также на «Парке Победы» был другой пол – узорчатый, с зелёными треугольниками, но его варварски уничтожили при реконструкции 2010-х годов.
Из-за вышеописанных недостатков со временем от «горизонтальных лифтов» всё-таки отказались. Последней станцией такого типа в Ленинграде стала «Звёздная», открытая 25 декабря 1972 года. А платформенные двери сегодня широко используются на новых станциях – в основном в быстро растущих метрополитенах Азии. Современные датчики и системы защиты свели опасность к нулю, а стоимость эксплуатации с учётом усовершенствовавшейся за эти годы автоматики приблизилась к стоимости работы обычной станции.
Единым сводом
Я уже упоминал о существовании односводчатых станций мелкого заложения. Как и в случае с колонными станциями, односводчатую систему на станции глубокого заложения впервые применили в СССР.
Это решение было продиктовано, как и в случае с «горизонтальным лифтом», исключительно экономическими соображениями. Дело в том, что при проходе односводчатой станции щит не останавливается – он идёт по перегонному тоннелю, затем отклоняется вправо и проходит опорный тоннель станции, после чего возвращается и продолжает двигаться по перегонному тоннелю. Между двумя опорными тоннелями прокладывается полукруглая выработка по контуру свода (так называемая каллотная прорезь), затем арку свода обжимают в грунт и свод обделывают, чтобы он не обрушился, после чего уже вырабатывают грунт из основного объёма станции. По сути, это самый быстрый способ прохода станции глубокого заложения.
Однако у него есть два основных минуса. Первый заключается в том, что такую станцию можно построить только в сухих грунтах определённого типа – в Петербурге или Киеве такие грунты есть, а в Москве, например, почти нет, поэтому в Москве всего одна односводчатая станция глубокого заложения – «Тимирязевская». Второй минус состоит в том, что такая станция окупается только при непрерывном скоростном строительстве метро, когда щит проходит одну станцию за другой. Иначе говоря, подобные станции в идеале должны идти сцепками, иначе все преимущества сходят на нет.
Первые станции такого типа – «Политехническая» и «Площадь Мужества» – были открыты в Ленинграде в один день, 31 декабря 1975 года. Всего на постсоветском пространстве сегодня 21 односводчатая станция глубокого заложения: 14 в Санкт-Петербурге, одна в Москве, две в Екатеринбурге, четыре в Днепре. Несколько подобных станций есть и в других странах. Например, «Кобылисы» в Праге (открыта в 2004 году, глубина – 31,5 метра). Но в целом это относительно редкое явление, подавляющее большинство односводчатых станций заложены не очень глубоко.
Три новых, ранее никогда не встречавшихся в мировой строительной практике типа станций – это значительный вклад в историю мирового метрополитена и, в частности, в его инженерную составляющую. За почти 90 лет существования метро на постсоветском пространстве специалистами были получены сотни авторских свидетельств, внедрены самые разные технические решения, не использовавшиеся нигде прежде. Но всё в одну книгу не вместишь, а я пытаюсь охватить хотя бы глобальные прорывы. К тому же Метрострой и сейчас активно развивается, и наверняка это не последние достижения нашего метро.