Противопаводковые инженерные системы

Н. А. Шонина, старший преподаватель МАрхИ

Токийский противопаводковый коллектор

Площадь бассейна реки Нака, протекающей в Восточной Японии на территории равнины Канто и впадающей в токийский залив, составляет 286 км². Он представляет собой топографически чашеобразную впадину с небольшим уклоном в сторону океана. Также рядом протекают полноводные реки Эдогава и Аракава. Равнина окружена горами. Климат Токио является субтропическим мусонным, частые тайфуны в летний период вызывают сильные осадки. Такие географические особенности района приводят к тому, что в случае сильных дождей равнинные территории затапливаются и уровень воды снижается очень медленно.

Темпы урбанизации района в пределах от 20 до 40 км от Токио приближаются к 50?%. Агломерация Токио (включает 3 соседние префектуры) насчитывает 37,1 млн человек. Этот высокоурбанизированый район неоднократно подвергался серьезным затоплениям, муссонные дожди и тайфуны унесли тысячи жизней и уничтожили миллионы домов. Для предотвращения затопления больших территорий и обеспечения безопасности населения была спроектирована и построена противопаводковая инженерная система. Официальное название этих подземных туннелей – «Токийский противопаводковый коллектор» (Metropolitan Area Outer Underground Discharge Channel), в просторечии «G-Cans».

Система тоннелей, расположенная на окраине столицы является одним из крупнейших в мире подземных каналов, сооруженных для отведения паводковых вод. Система предназначена для сбора излишков воды от малых и средних рек, таких как Нака, Курамутсу и Отостуфурутон, с последующим сбросом собранных дождевых вод в реку Эдогава, русло которой лежит вне зоны затопления. Работы по монтажу системы были начаты в марте 1993 года с использованием новейших японских инженерных технологий. Тоннель необходимо было проложить на глубине 50 м. С учетом глубины залегания, а также того, что в этом районе мягкие грунты, для проведения работ был выбран проходческий щит роторного типа. Из-за масштабов проекта, размера туннеля и повышенной водонасыщенности грунта при бурении была использована суспензия, химические добавки которой вступали в реакцию с водой, содержащейся в грунте, что сокращало подвижность грунта в почве и стабилизировало слой грунта вблизи стенок тоннеля. На бетонирование коллектора ушло 180 млн т бетона.

После строительства, продолжавшегося 13 лет, в июне 2006 года стало возможным направить воду из реки Отостуфурутон в Эдогава.

Основа эта огромной подземной системы управления водными ресурсами – пять подземных вертикальных бункеров, глубиной до 72 м и диаметром до 32 м, в которые по специальным каналам и стокам попадают излишки воды из рек. В нижней части бункеров устроены водосвязывающие туннели диаметром 10,6 м – намного больше диаметра тоннелей метрополитена. Общая длина туннелей превышает 6300 м. Емкости действуют как сообщающиеся сосуды – при переполнении всех вода поступает в большой зал, получивший название «Подземный храм». «Подземный храм» является жемчужиной противопаводкового коллектора. Размеры этого гигантского резервуара составляют 25,4x177x78 м, поддерживается он 59 гигантскими колоннами. В конце зала расположено четыре гидронасоса, приводимых в движение газовыми турбинами.

Диспетчерская, из которой контролируется система, расположена также в туннеле. Общая мощность насосов 10,3 млн Вт, пропускная способность 200 м³/с. Олимпийский плавательный бассейн такая система осушит менее чем за минуту.

Стоимость строительства составила более $2 млрд и чтобы окупить хотя бы часть расходов, в сухой период года коллектор сдают в аренду кинокомпаниям для съемок кинофильмов и телевизионных программ.

SMART-тоннель в Малайзии

В малазийском городе Куала-Лумпур существовали две основные проблемы, препятствующие нормальному функционированию города: периодические наводнения, вызванные сильными ливнями в период муссонных сезонов, а также серьезные заторы на улицах города в часы пик. Для борьбы с этими проблемами решено было использовать высокотехнологичное и в то же время экономичное решение – построить многоуровневый тоннель, который одновременно будет отводить излишние ливневые воды от места слияния двух крупнейших рек Кланг и Керайонг, протекающих через центр города, и пропустит основной трафик машин для предотвращения скопления у южных ворот, также расположенных в центре города.

В 2003 году началась реализация проекта SMART – самого длинного туннеля в Малайзии. Диаметр тоннеля 13,2 м, протяженность тоннеля для отвода воды в специально построенный бункер 9,7 км, тоннеля двойного назначения – 4 км. SMART-туннель начинается у озера Кампунг Берембанг и заканчивается у озера Деза. SMART был открыт для движения 14 мая 2007 года. Стоимость объекта составила около $514 млн. Проект был подготовлен по заказу правительства Малайзии. Пропускная способность тоннеля составляет 30?000 автомобилей в день. За время эксплуатации тоннель был использован 44 раза для отвлечения паводковых вод, способных вызвать большое наводнение. SMART-тоннель состоит из трех уровней: верхние два используются для движения автомобилей, нижний – для отвода ливневых вод. SMART-тоннель работает в трех различных режимах в зависимости от погодных условий:
режим 1: нормальные условия – малое количество осадков. Участок автомагистрали открыт для автомобилистов, осадки отводятся через нижнюю часть тоннеля;
режим 2: умеренный шторм. Паводковые воды отводятся через средний и нижний уровни тоннеля, верхний уровень открыт для автомобилистов;
режим 3: буря. Тоннель закрыт для автомобилистов. После того как все транспортные средства покидают тоннель, автоматические водонепроницаемые ворота открываются, чтобы пропустить паводковые воды по всем трем уровням туннеля.

В течение 48 ч после паводка в тоннеле проводится проверка оборудования, грязь, принесенная сточными водами, убирают и тоннель снова готов к работе в нормальном режиме.

Для выбора оптимального в данный момент режима работы туннель оборудован сложной системой автоматизации и диспетчеризации. Программная система обнаружения наводнения (FDS) была разработана специально для системы SMART. Эта программа позволяет в режиме реального времени предсказать степень тяжести наводнений.

Основные компоненты ливневой системы SMART:
1. Система улавливания плавающего мусора бонами перед слиянием двух рек, часть мусора вывозится, а часть проходит переработку прямо на месте;
2. Система регулирования потока реки Кланг, состоящая из восьми отсеков. Эта система регулирует поток с помощью плотины структурного типа, снабженной радиальными воротами с гидравлическим приводом;
3. Пруд с функцией водохранилища объемом 600 тыс. м³, расположенный выше по течению тоннеля. Поток направляется в этом пруду через структуру отвода;
4. Тоннель для отвода ливневых вод, имеющий емкость объемом около 1 млн м³ при работе в третьем режиме во время бури. Когда вода в пруду с функцией водохранилища достигает уровня 34 м выше уровня моря, поток через раструб тоннеля водозабора поступает в SMART-тоннель;
5. Пруд объемом 1,4 млн м³, расположенный на выходном конце туннеля. Чуть выше по течению вверх от выхода из устья SMART-тоннеля есть еще один набор ворот, которые используются для изоляции тоннель от водохранилища. Они предназначены для того, чтобы предотвратить попадание воды из водохранилища и позволить обезводить туннель после паводка.
6. Тоннель двойного назначения, входящий в систему деривационного туннеля.

Для обеспечения безопасности в тоннеле предусмотрена система вентиляции, вентиляционные стволы располагаются в тоннеле на расстоянии 1 км друг от друга. Они постоянно обновляют воздух и поддерживают нормируемое качество воздуха в пределах одного участка автомагистрали туннеля.

Для защиты системы вентиляции во время наводнения система состоит из серии валов, каждый из которых содержит инжектор выхлопных газов и свежего воздуха. Это позволяет вентиляторам, которые находятся за пределами тоннеля, создавать продольный поток воздуха между валами, т. е. воздух в тоннеле постоянно обновляется, а выхлопные газы или дым в случае пожара – удаляются.