Метрополитен, метро (франц. métropolitain, буквально — столичный, от греч.(греческий) metrópolis — главный город, столица), городская внеуличная железная дорога для массовых скоростных перевозок пассажиров. Название М. принято в СССР и во многих других странах; другое название — «подземка» (англ. underground, амер.(американский) subway, нем.(немецкий) Untergrundbahn).
Общие сведения. М. отличается большой пропускной способностью, регулярностью и высокой эксплуатационной скоростью движения поездов. Линии М. могут быть подземными (в тоннелях), наземными и надземными (на эстакадах). Подземные линии М. получили наибольшее распространение, т.к. они не нарушают исторически сложившейся планировки города, не стесняют движения городского наземного транспорта и пешеходов, способствуют уменьшению шума и вибрации в зданиях от движения поездов. Наземные линии М., как правило, сооружают в районах города с относительно невысокой плотностью застройки, при расширении существующей сети М., устройстве объединённых пересадочных станций М. с пригородными железными дорогами, на концевых участках, примыкающих к депо. Наземные участки М. должны иметь ограждение. Надземные линии на эстакадах сооружают на отдельных участках, с учётом рельефа местности, главным образом при пересечении автомобильных и железных дорог, водных и др. преград. Необходимость в М. — скоростном транспорте, не загромождающем уличной дорожной сети и не имеющем пересечений в одном уровне, ощущается в большинстве городов с численностью населения свыше 1 млн. человек (см. Градостроительство).
М. включает большой комплекс сооружений и устройств, из которых основными являются: станции и вестибюли со служебными помещениями, эскалаторные устройства, перегонные тоннели, камеры съездов и тупики, вагонные депо с производственными цехами и бытовыми помещениями, тяговые и понижающие электрические подстанции, тоннельные сооружения для инженерного и санитарно-технического оборудования, вентиляции, водоотлива и водоснабжения.
Историческая справка. Первая внеуличная железная дорога длиной 3,6 км для поездов с паровой тягой была построена в Лондоне в тоннелях мелкого заложения в 1860—63 фирмой «Метрополитен рейлуэй» (Metropolitan Railway). С 1890 в Лондоне началось строительство тоннелей глубокого заложения, а введение электрической тяги освободило тоннели от дыма и копоти и улучшило условия эксплуатации городской подземной линии. В 1868 в Нью-Йорке была открыта надземная (на металлических эстакадах) городская ж.-д.(железнодорожный) линия с канатной тягой (замененной в 1871 на паровую, а в 1890 — на электрическую). Старейшими на Европейском континенте являются М. Будапешта, построенный в 1896, а также М. Парижа, пуск первой линии которого был приурочен к открытию Всемирной промышленной выставки 1900. Впоследствии М. были построены в Мадриде, Барселоне, Афинах, Токио, Осло, Стокгольме и др. городах. Проектирование, строительство и эксплуатация линий М. нередко велись конкурирующими фирмами, вследствие чего эти линии в ряде случаев не составляли единой сети, иногда отличались шириной колеи, напряжением в контактной сети.
В крупнейших и крупных городах различных стран развитие и реконструкция существующих сетей и строительство новых линий М. особое значение приобрели после 2-й мировой войны 1939—45. Интенсивное развитие городов часто требовало отказа от эстакад и постепенной замены наземных и надземных М. подземными. Основные сведения о М. наиболее крупных городов мира, по данным Международного союза общественного транспорта, приведены в таблице.
Начало развитию метростроения в СССР было положено решением пленума ЦК ВКП(б) от 15 июня 1931 «О строительстве Московского метрополитена». Для осуществления строительства была создана мощная, оснащенная отечественной техникой строительная организация «Метрострой». строительство М. было начато в 1932. Первые линии Московского М. имени В. И. Ленина общей протяжённостью 11,6 км с 13 станциями и всем комплексом сооружений были построены за 3 года и сданы в эксплуатацию 15 мая 1935. Таких темпов сооружения М. не знала мировая практика. Дальнейшее строительство М. в Москве ведётся непрерывно, оно не прекращалось даже в годы Великой Отечественной войны 1941—45. Эксплуатационная длина линий М. Москвы составляет (1973) свыше 148 км (в двухпутном исчислении), строительная длина — 156 км; число станций — 96. Суточный пассажиропоток достигает 4840 тыс. человек, или 35,7% от городских пассажирских перевозок. По качеству сооружений, выразительности архитектуры, техническому оснащению, эксплуатационным характеристикам и комфортабельности Московский М. значительно превосходит зарубежные М. В соответствии с Генеральным планом развития Москвы, принятым ЦК КПСС и Советом Министров СССР в 1971 и рассчитанным на 25—30 лет, протяжённость сети Московского М. намечено довести до 320 км.
Опыт строительства Московского М. был использован при сооружении М. в др. городах СССР. 15 ноября 1955 сдан в эксплуатацию первый участок М. в Ленинграде протяжённостью 10,8 км с 8 станциями. 6 ноября 1960 открыто движение на первой линии Киевского М. В январе 1966 вступил в строй М. в Тбилиси, а в 1967 — в Баку. Начато строительство городских подземных ж. д.(железная дорога) в Харькове и Ташкенте, изучается целесообразность сооружения М. в ряде др. городов.
Проектирование метрополитена. Растущие масштабы промышленного и жилищного строительства в СССР, расширение границ городов, формирование групповых систем расселения, организация зон массового отдыха трудящихся требуют научной разработки комплексных схем развития всех видов городского транспорта и в первую очередь М. как наиболее удобного средства массовых перевозок пассажиров. Проектирование основных направлений развития М., включая размещение станций, пересадочных узлов между линиями М. и в местах пересечения с ж. д.(железная дорога) и узловыми пунктами уличного транспорта, ведётся на основании Генерального плана развития города и генеральной схемы сети М.; последняя разрабатывается с учётом размещения зон массового приложения труда и учреждений обслуживания и отдыха, направления и величины пассажирских потоков, а также необходимой взаимосвязи с др. видами городского, пригородного и магистрального пассажирского транспорта.
В зависимости от характера эксплуатации сети М. проектируются с независимым (замкнутым) движением поездов по отдельным, не связанным между собой линиям (как, например, в Москве, Ленинграде и др. городах СССР), с переходом части поездов с одной линии на другую (Лондон, Нью-Йорк) и в виде комбинированных сетей. М. удобен для пассажиров, совершающих сравнительно дальние поездки, поэтому расстояние между станциями в городах СССР, как правило, устанавливается от 1 до 2 км. Среднее расстояние между станциями М. Берлина, Мадрида, Милана, Буэнос-Айреса, Торонто и некоторых др. городов Европы и Америки составляет 500—800 м. В ряде городов (например, в Париже, Сан-Франциско, Лос-Анджелесе) проектируются и строятся, а в Нью-Йорке эксплуатируются линии скоростного М. (метро-экспресс), на которых станции располагаются через 3—6 км и связываются удобными и короткими переходами («через платформу» или др. типа) со станциями обычных линий М. Для сокращения затрат времени на передвижение пассажиров строительство скоростного М. намечается и в СССР (в Москве и Ленинграде).
Глубина заложения линий М., типы тоннельных сооружений и методы производства работ устанавливаются на основании детальных градостроительных, инженерно-геологических, технико-экономических и др. исследований. Наиболее экономичным является сооружение линий М. мелкого заложения. Они удобнее и дешевле в эксплуатации, чем линии глубокого заложения. Пассажир затрачивает минимум времени при подходе к поездам и выходе со станции. Тоннели линий мелкого заложения сооружаются обычно на глубине 10—15 м от уровня земли. Линии М. глубокого заложения (30—50 м)прокладывают преимущественно в районах города с плотной многоэтажной застройкой и развитым подземным хозяйством, а также при неблагоприятных геологических и гидрогеологических условиях для сооружения линий мелкого заложения. Сооружение тоннелей глубокого заложения практически не нарушает нормальной жизни города и почти не влияет на устойчивость зданий и подземных коммуникаций.
Нормируемые параметры трасс советского М. в плане и профиле обеспечивают высокие эксплуатационные качества пути и плавность хода поездов. План линий М. определяется расположением основных районов высокой концентрации пассажиров, городской планировкой, транспортными и инженерными подземными коммуникациями (автомобильные тоннели, магистральные коллекторы и др.). При мелком заложении тоннели, как правило, сооружаются вдоль основных магистралей города. Наименьший радиус кривых, который разрешается применять на главных путях М. СССР, равен 500 м, что значительно превышает соответствующие показатели зарубежных метрополитенов (Лондон — 100 м, Мадрид — 90 м, Берлин — 75 м).
При проектировании продольного профиля линии М. учитываются особенности эксплуатации подвижного состава и необходимость устройства водоотвода. Допускается наибольший уклон путей 0,040%, наименьший — 0,003%. Станции располагаются в плане на прямых участках, а в профиле линии — на возвышениях. Ширина колеи советского М. одинакова с шириной нормальной ж.-д.(железнодорожный) колеи (1520 мм). В зарубежных М. наиболее распространена ширина колеи 1435 мм. Однако в некоторых странах отсутствует единый стандарт на ширину колеи (в Японии, например, приняты колеи 1067, 1372, 1435 и 2180 мм). На отдельных линиях М. в Париже, Монреале, Мехико и Саппоро имеется специальная колея для поездов на пневматических шинах (с бетонными дорожками), что обеспечивает плавность и бесшумность движения поездов и позволяет трассировать линии с увеличенными уклонами.
Станции метрополитена. Особое положение в комплексе сооружений М. занимают станции, вестибюли и пересадочные узлы, непосредственно связанные с обслуживанием пассажиров. Наряду с выполнением своих основных функций они должны обеспечивать безопасность пассажиров, обладать определёнными удобствами (в т. ч. максимально короткий путь от поверхности к перронным залам и в обратном направлении, чистота и оптимальная температура воздуха и др.). В местах пересечений или соприкосновений различных линий М. сооружаются пересадочные (узловые) станции. Их перронные залы соединяются лестницами и коридорами (узлы коридорного типа) или только лестницами либо эскалаторами (узлы двухъярусного — т. н. башенного типа), а иногда располагаются в одном уровне, с пересадкой «через платформу» непосредственно из вагона в вагон (узлы объединённого типа).
В СССР станции М. и переходы оборудуются эскалаторами для подъёма пассажиров на высоту более 5 м. При высоте более 7 м предусматриваются эскалаторы и для спуска пассажиров. В зарубежной практике иногда применяют подъёмники лифтового типа с кабинами вместительностью до 130 человек.
Станции мелкого заложения сооружаются главным образом со вскрытием поверхности. Для их перекрытия используются стоечно-балочные конструкции с 1, 2 или несколькими рядами опор или сводчатые конструкции, рассчитанные на нагрузки от массы земли толщиной 1—2,5 м и движущегося по поверхности уличного транспорта. Станции глубокого заложения обычно представляют собой сочетание 2, 3 или нескольких тоннелей с монолитной или сборной обделкой, выдерживающей давление вышележащих пород. Обделка в каждом тоннеле состоит из замкнутых и соединённых между собой колец, образованных чугунными или железобетонными тюбингами. Эти станции подразделяются на пилонные и колонные. В пилонных станциях М. (рис. 1) опорами перекрытия служат массивные пилоны, образованные 2—4 или большим количеством тюбинговых колец, в колонных (рис. 2) — стальные или железобетонные колонны. Строительство колонных станций дороже и сложнее строительства пилонных, но более открытое внутреннее пространство колонных станций удобнее для движения массовых потоков пассажиров и облегчает их зрительную ориентацию. В основном в периферийных районах городов, где проходят наземные линии, сооружают станции в виде павильонов или с открытыми платформами, защищенными лёгкими навесами и козырьками. Тип станции во многом зависит от конкретных условий строительства (особенно от гидрогеологической обстановки). Первые станции лондонского М., сооружавшиеся под проезжей частью улиц, имели сводчатые перекрытия из кирпича с вентиляционными решётками, устроенными непосредственно на тротуарах. Поездные пути располагались по центральной продольной оси станции М., по сторонам путевого полотна находились две боковые пассажирские платформы (этот тип станции с узкими, шириной 1,5—3 м, боковыми платформами, простой по устройству, но недостаточно удобный для пассажиров, получил распространение в М. Западной Европы и Америки). В дальнейшем при строительстве в Лондоне станций М. глубокого заложения (как и при сооружении перегонных тоннелей) начали применять ограждающие конструкции кольцевого сечения из чугунных тюбингов, облицованные керамической плиткой. Большинство станций парижского М. имеет одинаковую односводчатую конструкцию (камень, облицованный глазурованной плиткой), с центральным расположением путей и боковыми пассажирскими платформами. После постройки первых станций берлинского М. распространились станции М. с пассафирской платформой т. н. островного типа (расположенной между путями). Преимуществами такой станции являются удобное расположение входов и выходов со стороны торцов платформы, более полное использование всей площади платформы, лёгкость ориентировки пассажиров и возможность изменения направления поездки без перехода через пути.
В целом в зарубежной практике строительства М., за редким исключением [например, входы в парижский М. (металл, стекло, около 1900, архитектор Г. Гимар, стиль «модерн»); наземный вестибюль станции «Арносгров» в Лондоне (кирпич, бетон, 1932, архитектор П. Адамс и др.)], преобладает утилитарный подход к архитектурному решению М. Большее внимание облику М., особенно станций, стали уделять лишь во 2-й половине 20 в.; применяются новейшие конструкции, строительные и отделочные материалы, средства рекламы и визуальной информации (станции линии «Восток — Запад» в Будапеште, первая очередь окончена в 1970, и линии «Север — Юг» в Мюнхене, 1965—71).
В СССР с начала строительства М. его станции создавались как пространственно протяжённый архитектурный комплекс монументальных сооружений большого общественного значения. В проектировании станций Московского М. участвовали видные советские архитекторы, в том числе В. Г. Гельфрейх, И. А. Фомин, А. В. Щусев, которые стремились не только создать комфортабельные условия для пассажиров, зрительно преодолеть угнетающее человека ощущение подземелья, но и придать каждой станции М. индивидуальный архитектурный облик. В архитектуре М. отразились этапы общего развития сов.(советский) архитектуры. Многие архитекторы использовали формы и декор, заимствованные из арсенала классицистического зодчества [напр., архитектурное решение пилонной станции глубокого заложения «Красные Ворота» (ныне «Лермонтовская»; 1935, архитектор И. А. Фомин, инженер А. Ф. Денищенко)]. Новаторское архитектурное решение ряда др. станций М. основано на художественной выразительности самих конструкций [например, в колонной станции мелкого заложения «Дворец Советов» (ныне «Кропоткинская»; 1935, архитекторы А. Н. Душкин и Я. Г. Лихтенберг, инженер Л. В. Борецкий), где оригинально построенное искусственное освещение, как бы выявляющее конструкцию перекрытия, стало одним из основных средств архитектурной композиции]. В колонной станции глубокого заложения «Маяковская» (1938—39, архитектор А. Н. Душкин, инженер Р. А. Шейнфайн; см.(смотри) илл.) своеобразие и новизну сложной конструкции перекрытия, обеспечившего свободу её пространственного построения, подчёркивают полосы рифлёной нержавеющей стали, примененные для декоративной отделки колонн и арок. Входы и вестибюли устраивались в существующих или вновь построенных зданиях или наземных павильонах (например, вестибюль станции «Красные Ворота», ныне «Лермонтовская», 1935, архитектор Н. А. Ладовский). Во 2-й половине 30 — начале 50-х гг. архитектурное решение и оформление станций М. обычно связывалось с определённой темой. Например, тема оформления станций «Измайловская» (ныне «Измайловский парк»; 1944, архитектор Б. С. Виленский) и «Комсомольская-кольцевая» (1952, архитекторы А. В. Щусев и др.) — боевое прошлое России, подвиги советского народа в период Великой Отечественной войны 1941—45. В оформлении станций и наземных вестибюлей М. использовались мозаика, живопись, скульптура, декоративно-прикладное искусство (работы Н. Я. Данько, А. А. Дейнеки, П. Д. Корина, М. Г. Манизера и др.). Со 2-й половины 50-х гг. в строительстве станций советского М. внедряется унификация объёмно-планировочных решений и конструкций индустриального изготовления, позволившая ускорить и удешевить строительство (станции мелкого заложения Калужского радиуса М. в Москве, 1962, архитекторы С. М. Кравец, Г. Е. Голубев, М. Ф. Марковский, повторены на др. радиусах). Индивидуализация облика отдельных станций М. достигается разнообразием применяемых материалов, их цвета и фактуры, различием систем освещения. Строятся новые типы станций М. [например, станция «Ленинские горы» в Москве (1959, инженеры В. Г. Андреев и Н. Н. Рудомазин, архитекторы К. Н. Яковлев и А. И. Сусоров), расположенная над проезжей частью набережной и р. Москвой в нижнем ярусе 2-ярусного моста; станция «Парк Победы» в Ленинграде (1961, архитектор А. К. Андреев, инженер Л. В. Фролов, Г. А. Скобенников, С. П. Щукин), являющаяся первой в мире станцией без боковых перронных залов — из среднего зала пассажиры входят через автоматически открывающиеся двери непосредственно в вагоны поезда (при этой конструкции станции значительно снижаются объёмы и стоимость работ)]. Наземные вестибюли сооружаются обычно из сборных железобетонных конструкций в виде лёгких функционально оправданных павильонов, с большими поверхностями остекления.
С конца 50-х гг. для мирового градостроительства характерна тенденция к объединению станций М. с др. городскими транспортными сооружениями с целью создания больших удобств и безопасности для пассажиров и наиболее эффективного комплексного использования подземного пространства городов. Строятся объединённые станции для удобной пересадки с М. на городские и пригородные железные дороги и в обратном направлении. За рубежом строят также объединённые станции, обслуживающие М. и подвозящий уличный транспорт (автобус, трамвай и др.), а также станции обычного и скоростного (экспрессного) М. При станциях сооружается разветвленная система входов и выходов (которые иногда совмещаются с подземными переходами под улицами и площадями), иногда комплексы т. н. попутного обслуживания.
Строительство метрополитена. Строительство линии М. начинают с геодезическо-маркшейдерских работ по перенесению трассы в натуру. Тоннели, сооружаемые закрытым способом, ориентируют путём передачи проектных координат через шахтные стволы. При глубоком заложении М. шахтные стволы, как правило, располагают в стороне от трассы и соединяют с тоннелями подходными выработками, которые в период строительства используются для транспортных целей, а в законченном сооружении — для размещения вентиляционного оборудования. При сооружении тоннелей мелкого заложения закрытым способом принимаются меры, исключающие осадку поверхности, повреждения сооружений городского подземного хозяйства и расположенных поблизости зданий. При открытом способе работ (рис. 3) поверхность улиц вскрывается и тоннельные конструкции возводятся в котловане со свайными креплениями или с откосами. Движение наземного городского транспорта «отводится в сторону» или пропускается по временному мосту через котлован. Городские подземные сооружения заранее перекладываются или «подвешиваются» к крепям котлована. Основания и фундаменты зданий, расположенных вблизи трассы, при необходимости укрепляют.
Сооружение тоннелей закрытым способом производится щитами проходческими или горными методами. В тяжёлых инженерно-геологических условиях (плывунные и водоносные грунты) применяют специальные методы: кессон, замораживание грунтов, водопонижение, химическое закрепление грунтов и др. Конструкции тоннельных сооружений М. (рис. 4) выполняются из сборных железобетонных или металлических элементов, а также из монолитного бетона и железобетона.
Строительство М. обычно осуществляется индустриальными методами (рис. 5) с комплексной механизацией всех основных процессов работ. Большими достижениями советской техники метростроения являются: разработка конструкций сборных железобетонных тоннельных обделок и способа сооружения тоннелей из монолитно-прессованного бетона (обеспечивающих значительное снижение расхода металла и стоимости строительства), создание механизированных проходческих щитов, блокоукладчиков, породопогрузочных машин, самомонтирующихся кранов и т.п. Для защиты станционных сооружений М. от проникновения подземных вод, кроме гидроизоляции, применяется система водоотводящих зонтов из асбестоцемента или др. материалов.
Московский М. сооружается в сложных инженерно-геологических условиях. Тоннели проходят в разнообразных напластованиях горных пород (слабые и плывунные грунты, отложения, частично разрушенные старыми реками, сочетания крепких и трещиноватых пород и т.п.). При проходке некоторых тоннелей были преодолены значительное горное давление и обильный приток подземных вод, доходивший на отдельных участках до 2500 м3/ч. Сооружен ряд подводных тоннелей под рекой Москвой. Строителями Московского М. разработан и широко внедрён способ сооружения тоннелей мелкого заложения без вскрытия поверхности, в различных геологических условиях, с комплексной механизацией работ. На строительстве этим способом Калужского радиуса скорость проходки тоннелей с железобетонной обделкой достигла 14,9 м в сутки. При сооружении Ждановского радиуса в неустойчивых песчаных грунтах применен проходческий щит с горизонтальными рассекающими площадками, обеспечивший безопасную проходку тоннеля без крепления забоя со скоростью 400 м в месяц. На Замоскворецком радиусе скорость проходки достигла 430,6 м в месяц, что является крупным достижением в мировой практике метростроения.
Строительство ленинградского М. также характеризуется высоким уровнем механизации тоннельных работ. Максимальная скорость проходки перегонных тоннелей при устройстве обделки из железобетонных тюбингов достигла 308 м в месяц. Пройдены подводные тоннели под р. Невой.
Киевский М. сооружается в трудных инженерно-геологических условиях с применением специальных методов производства работ и новых средств механизации. Перегонные тоннели в мягких неустойчивых породах сооружаются с помощью механизированного щита, рабочий орган которого (в виде планшайбы) оснащен ножевыми резцами. Станция глубокого заложения «Политехнический институт» впервые в мире сооружена полностью из сборного железобетона. Значительный вклад в развитие техники метростроения сделан строителями М. Тбилиси и Баку.
Оборудование, организация движения и подвижной состав метрополитена. Конструкция и основания пути М., сварка рельсовых стыков и крепление рельсов на упругих прокладках обеспечивают высокие эксплуатационные качества пути и плавность хода поездов на больших скоростях. Управление стрелками осуществляется с постов централизации. В некоторых зарубежных М. путь уложен на щебёночном балластном основании, что приводит к загрязнению тоннелей и образованию пыли при движении поездов.
Система электроснабжения М. включает: тяговые подстанции, где переменный ток высокого напряжения (6—10 кв) преобразуется в постоянный с напряжением 825 в, который по кабелю подводится к контактному рельсу и через скользящие токоприёмники — к тяговым двигателям поезда; понижающие подстанции для нужд освещения и питания электропривода эскалаторов, вентиляторов, насосов и др. оборудования. Подстанции оборудованы системами автоматики и телеуправления с центрального диспетчерского пункта. Безопасность следования поездов М. (на отдельных участках скорость достигает 90 км/ч) при интервалах движения 1,5—2 мин обеспечивается системой СЦБ (сигнализация, централизация, блокировка) с автоматической остановкой поезда в случае проезда мимо запрещающего сигнала, а также автоматической локомотивной сигнализацией. Всё более широкое применение на линиях М. находит автоматическое управление поездами.
М. оборудован системой искусственной приточно-вытяжной вентиляции, создающей необходимый воздухообмен для обеспечения нормальных гигиенических условий для пассажиров и обслуживающего персонала. Чистый воздух поступает в тоннели и станции М. через шахтные стволы или нижнего отсек эскалаторного тоннеля, где устанавливаются мощные вентиляторы. Для улучшения температурного режима зимой все станционные вентиляционные установки работают на вытяжку, а перегонные — на приток свежего воздуха, летом — наоборот. В некоторых зарубежных М. применяется только естественная вентиляция с расчётом на поршневое действие поездов, что практически не создаёт удовлетворительного микроклимата.
Вагоны советского М. просторны и удобны для входа, выхода и проезда, их вместимость 270 человек, количество мест для сидения 44 (рис. 6). Постоянное совершенствование конструкции подвижного состава позволило увеличить скорость движения, применить электрический тормоз и уменьшить вес вагона при сохранении его вместимости (современные вагоны на 18% легче и потребляют на 20—22% меньше электроэнергии).
Ведущие тенденции развития советского М. — увеличение плотности их сетей (примерно до показателя 0,3 км/км2), создание разветвленных систем входов, приближённых к объектам массового посещения, а также удобных пересадочных узлов.
Строители советского М. оказывают помощь в проектировании и сооружении М. во многих странах мира, в том числе в столицах европейских социалистических стран — Будапеште, Варшаве, Праге, Софии.
Характеристика метрополитенов ряда городов мира (на 1 января 1973)
