В тази публикация в блога изследваме потенциала на подземните пространства, които привличат внимание не само като традиционни складови помещения, но и като стратегии за бъдещо градско развитие и оцеляване.
Подземно пространство: Докъде може да стигне?
По време на часовете по рисуване, когато рисувахме научни илюстрации под топлото пролетно слънце, всеки от нас се вглеждаше в работата си, за да изрази уникалните си идеи, но винаги имаше една тема, която пленяваше сърцата на много ученици. Тя беше за нови светове, разкриващи се под морето, дълбоко под земята и в космоса – светове, далеч от познатата земя, която наричаме дом. Десет години по-късно въображението ни се превръща в реалност. Сега тези непознати пространства привличат внимание не само като обекти на любопитство, но и като алтернативни пространства, способни да преодолеят все по-неблагоприятните условия за оцеляване на повърхността, причинени от нарастването на населението и недостига на ресурси. По-специално, тъй като изследванията активно идентифицират уникалните характеристики на подземната скална основа и изследват нейните приложения, потенциалът за използване на подземното пространство става първият, който се материализира.
Въпреки че самото използване на подземното пространство има дълга история – подобно на традицията за заравяне на храна в земята за дългосрочно съхранение – едва наскоро дълбочината на изкопните работи се е увеличила и обхватът на потенциалните приложения се е разширил значително, благодарение на натрупването на знания и технологии. Нека разгледаме характеристиките на подземното пространство и процеса, чрез който се прилага технологията за скално инженерство, чрез конкретни примери.
История и текущо състояние на използването на подземното пространство
Подземните пространства излизат отвъд ролята си на обикновени складови помещения, като употребата им се разширява и включва жилищни и промишлени приложения. Всъщност историята на използването на подземните пространства е много дълга. Древните хора са използвали пещери за съхранение на храна и са строили подземни храмове за религиозни церемонии. Например, подземният град Деринкую в Турция е масивен подземен град, построен в древността, който е служил като убежище от война и външни заплахи. Този град включва жилищни помещения, складове за храна и съоръжения за съхранение на вода, способни да поберат до 20 000 души, което го прави отличен пример за това как подземното пространство може да се използва в човешкия живот.
Днес използването на такива подземни пространства става все по-усъвършенствано. В Токио не само метрото, но и подземните търговски центрове и културните съоръжения със смесено предназначение са разположени под земята. Това привлича вниманието като алтернативно решение на нарастващите цени на земята и проблемите с гъстотата на населението в градските центрове, а ефективното използване на подземното пространство се очертава като една от ключовите стратегии за устойчиво градско развитие. Освен това Сингапур непрекъснато разширява подземното си пространство и полага усилия за преместване на инфраструктурни съоръжения като енергетика, телекомуникации и логистика под земята. Това се разглежда като решение, което се справя с пространствените ограничения, като същевременно увеличава максимално градската ефективност.
Примери за използване на подземно пространство
Подземните пространства могат да поберат различни съоръжения, включително жилищни, промишлени и транспортни/логистични цели, а дълбочината, на която се използват, варира в зависимост от предназначението им. Жилищните и културните съоръжения обикновено се изграждат в най-плитките слоеве, на дълбочина до 50 метра под земята, като норвежката Олимпийска планинска зала Йовик е отличен пример. Като най-голямата подземна арена в света, тя е построена на девет етажа в подготовка за Зимните олимпийски игри през 1994 г. Решението за изграждане на арената под земята до голяма степен е продиктувано от благоприятните характеристики на подземното пространство, което поддържа постоянна температура през цялата година. Топлинният капацитет на земята е само 1/5 до 1/10 от този на повърхността, което води до по-бавен топлопренос. Тъй като конструкциите до голяма степен не се влияят от сезонните промени, след като са заровени само на 5 метра под повърхността, консумацията на енергия се намалява, което води до по-ниски разходи за поддръжка. Дълбочината на строителството обаче е ограничена, тъй като трябва да се инсталират естествени осветителни и вентилационни системи.
Зоната, определена за изграждането на Олимпийската планинска зала „Йовик“, е била гнайсова формация. Гнайсът е вид метаморфна скала, образувана под висока температура и налягане, което го прави идеална основа поради високата му якост; едновременното използване на прецизни измервания и симулации обаче е било от съществено значение. На място са събрани проби за измерване на присъщите физични свойства на скалата и е използвано компютърно моделиране за прогнозиране на поведението на скалната основа. Въз основа на това са определени точките и последователността на взривяване. След като строителството е започнало, са използвани сензори за налягане, за да се следи поведението на скалите около изкопа и да се гарантира, че слягането на земята остава в прогнозирания диапазон. Тъй като процесът на пробиване през земята с експлозиви генерира силни ударни вълни, които биха могли да повлияят на стабилността на близките конструкции, интензитетът на тези ударни вълни също е трябвало да се контролира в реално време.
Промишлени приложения на 500 метра под земята
Нека разширим дълбочината до 500 метра под земята. На тази дълбочина могат да се изградят различни промишлени съоръжения за цели като пречистване на отпадъчни води, съхранение на храни и съхранение на петрол; съоръжението за погребване на ниско- и средноактивни ядрени отпадъци, което в момента се строи в района на Уолсеонг в Кьонджу, е един такъв пример. Подземните пространства се считат за най-добрия вариант за полупостоянна изолация на ядрени отпадъци, които непрекъснато излъчват радиация. Това е така, защото те са не само безопасни от външни въздействия, но и ефективно блокират радиацията. Структурите в скалната основа могат да бъдат поддържани от околните скални слоеве и дори когато скалната основа се разклати по време на земетресение, те се разклащат заедно със земята, претърпявайки по-малко щети от надземните структури, които се съпротивляват на движението чрез инерция. Освен това движението на радиоактивните материали се случва по-бавно под земята, отколкото в атмосферата, и тъй като повечето от тях се забавят или абсорбират, докато преминават през скалната основа, вероятността да достигнат повърхността е много малка.
Въпреки това, за разлика от Олимпийската планинска зала Йовик, пластовете около хранилището за радиоактивни отпадъци Кьонджу имат слабостта да бъдат съставени от седиментни скали. Седиментните скали, образувани от слоеве минерали, пренасяни от вода и вятър, имат много кухини между съставните си частици, което води до ниска якост. Ако бъдат подложени на многократни външни въздействия, частиците могат да се пренаредят в тези кухини, което представлява риск от слягане. Различни строителни методи са били опитвани, за да се преодолее присъщата слабост на седиментните скали, а изкуственото втвърдяване, което включва инжектиране на лепилен материал под високо налягане по краищата на кухината, е един от тях. Инжектирането на свързващ материал под високо налягане запълва кухините в скалата, осигурявайки стабилна опора за горната част на кухината. Чрез редуване на взривяване и инжектиране на свързващ материал става възможно изкопаването на дълги тунели дори в слаба почва.
Разширяване на подземното пространство за бъдещето
Използването на подземното пространство може да се разпростре на дълбочина до 1,000 метра за цели като добив на геотермална енергия и погребване на високоактивни ядрени отпадъци. Увеличаването на вертикалната дълбочина обаче е само един аспект от това разширяване. Разглеждайки няколко проекта, които понастоящем са в етап на планиране, има подводни тунели, предназначени да свързват малки острови близо до югозападния бряг, за да се подобри островният транспорт, както и по-големи международни подводни тунели, които могат да намалят разходите за пътници и логистика и времето за транспорт. Освен това, вакуумните тунелни влакове, които увеличават максимално скоростта и комфорта, като минимизират съпротивлението на въздуха и триенето в релсите, и аванпостовете за изследване на Луната в лавови тръби, проектирани да издържат на екстремните условия на Луната, също привличат вниманието. Тези примери демонстрират безграничния потенциал за хоризонтално разширяване в морското дъно и космическото пространство чрез скалната основа.
Тъй като технологии и идеи, които някога са съществували само във въображението ни, сега се реализират, ние вече не сме ограничени от въображението, а непрекъснато надхвърляме границите си. Очакваме с нетърпение да видим как нови горизонти, включително подземните пространства, ще предоставят още повече възможности за човешкия живот в бъдеще.
