История освоения подземного пространства

УДК 624.1: 622.2

ИСТОРИЯ ОСВОЕНИЯ ПОДЗЕМНОГО ПРОСТРАНСТВА

П.Н. Шульгин

HISTORY OF MASTERING OF UNDERGROUND SPACES

P.N. Shulgin

Аннотация. В данной статье рассмотрено использование подземного пространства человеком с глубокой древности до настоящего времени, приведена классификация подземных сооружений, с разделением сооружений на четыре группы, детально рассмотрены наиболее характерные представители, показаны их параметры и технология строительства. Приведен переход от использования естественных пещер и пустот до создания целых подземных городов. Рассмотрено влияние освоения подземного пространство на технику и технологию строительства, совершенствование орудий труда и технических приемов строительства и архитектуры.

Ключевые слова: подземные сооружения; жилые комплексы; культовые сооружения; тоннели; подземное строительство.

Abstract: In this article, considered the use of underground space by a person from the deep antiquity to the present time, a classification of underground constructions is presented, with the division of structures into four groups, the most characteristic representatives are examined in detail, their parameters and construction technology are shown. The transition from the use of natural caves and voids to the creation of entire underground cities is given. The influence of the development of underground space on the equipment and technology of construction, the improvement of tools and technical methods of construction and architecture are considered.

Key words: underground constructions; residential complexes; religious buildings; tunnels; underground construction.

Освоение человеком подземного пространства началось в глубокой давности. Прототипом подземных сооружений можно считать естественные пещеры и пустоты в скальных породах, которые использовались нашими предками. Пещера стала первым жилищем человека, которое защищало его от непогоды и хищников. Постепенно человек переходит от использования природных пещер к их расширению и углубления, а затем и к строительству новых подземных сооружений. Приспособление пещер и гротов с требованиями жизни первобытного человека, их увеличение и сочетание между собой дали начало подземному строительству и архитектуры в целом. Расширение и строительство подземного жилья требовало совершенствования соответствующих орудий труда.

Внедрение подземного строительства дополнительно способствовало знакомству с горными породами и минералами. Именно в это время человек переходит от сбора каменных материалов с поверхности земли до их добычи с некоторой глубины. Появляются молоты, топоры, кирки, клинья для горных работ, формируется система приемов использования этих орудий. Это позволяет человеку изучать свойства горных пород, осуществлять их разрушение, что приводит к первой подземной разработке горных пород для получения различных полезных ископаемых.

Освоение первых полезных ископаемых, строительство пещерных городов и храмов начинают создание систем искусственных технологических полостей (горных выработок), которые отражали обычно природные формы пещер [1]. Дальнейшее развитие подземной архитектуры, транспортных коммуникаций, гидротехнических и фортификационных

сооружений, хранилищ приводит к созданию большого количества разнообразных горных объектов, классификация которых приведена в таблице 1.

Уже в древности происходит разделение сооружений на гражданские и культовые (религиозные).

Постепенно происходит разделение гражданских объектов на три группы, каждая из которых имеет в своем составе подземные сооружения:

1) частные квартиры (дворцы, замки, дома, хозяйственные постройки);

2) общественные здания (помещения для собраний, театры, библиотеки, бани);

3) промышленные и инженерные сооружения (тоннели, каналы, каменоломни, хранилища, водопроводы и др.).

Культовые сооружения основываются на духовных стремлениях человека. Удобство расположения того или иного здания определяется ее назначением. Оно могло считаться домом божества, местом размещения его изображения, помещения для тела и души умершего или быть жильем служителей культа.

Религиозные сооружения можно разделить на три группы:

1) гробницы - различные постройки, предназначенные для служения культу смерти

2) храмы - строительные объекты, предназначенные для совершения богослужения и различных обрядов;

3) монастыри - дома служителей культа и верующих, расположенные в комплексе с храмами или отдельно от них.

Таблица 1 - Классификация подземных сооружений

Назначение Типы объектов Свидетельство и примеры начала использования

Жилые комплексы Пещеры и гроты 250 тыс. лет назад

Подземные города Кесария Каппадокийская, Цезария

Культовые сооружения Первичные захоронения Почти совпадает по времени с освоением пещер первобытными людьми.

Подземные объекты курганов и пирамид 2700 до н.э.

Катакомбы I ст. н.э.

Пещерные храмы 12 тыс. лет до н.э.

Пещерные монастыри II ст. до н.э.

Туннели Транспортные 2150 г. до н.э.

Гидротехнические III ст. до н.э.

Фортификационные сооружения Крепости в скальных массивах I ст. до н.э.

Подземные ходы и хранилища II ст. до н.э.

Подкопы под крепости 520 г. до н.э.

Природные подземные помещения, которые были освоены первобытными людьми, известны во всех уголках мира от Гималаев до Анд, от Урала до Скалистых гор - везде, где есть соответствующие горно-геологические условия [2].

Древнейшими из известных домов первобытного человека являются пещеры, где жили синантропы. Малая и большая пещеры Чжоукоудянь в Северном Китае были заселены 250 тыс. лет назад.

Интерес вызывает Сикияз-Тамакский пещерный комплекс (Челябинская область, Россия). В береговых скалах над рекой Ай на участке 425 метров, переплетаются 42 подземных полости. Среди них есть пещеры, насквозь пронзившие скалу, пещеры с несколькими входами, пещера-лабиринт, пещера с карстовым мостом. В результате археологических исследований рыхлых отложений пещер и гротов выявлены культурные слои, относящиеся ко всем историческим эпохам. Найдены орудия труда и предметы быта, оружие и украшения, развалы керамических сосудов, сотни тысяч костей самых разных животных, в том числе так называемой «мамонтовой» фауны. В дальнем зале пещеры Сквозная есть подземное святилище с черепами пещерных медведей, место, где поклонялись богам и духам.

Другими примерами использования созданных природой подземных полостей, которые использовались первобытными людьми, могут служить пещеры Киик-Коба и Кош-Коба в Крыму [3], Мустье во Франции.

Там где это возможно человек использует природный рельеф ущелья, пещеры и гроты. Где это было невозможно, он начинает приспосабливать укрытия для своих нужд или строить их самостоятельно. Расширение и совершенствование природных пещер, приспособление их к условиям проживания, в том числе технологические изменения и перестройки (разделение их на отдельные помещения, соединения отдельных пещер между собой), приводят к возникновению пещерных городов.

Уникальным по масштабам и техническим решениям было строительство подземных городов в Каппадокии (Анатолия), в 1-11 в. до н.э. Здесь начинается строительство подземных сооружений пещерного типа с многоярусным планированием, включающие сооружения религиозного назначения с настенными рисунками (первые христианские церкви) и жилые помещения (рис. 1). Всего в Каппадокии насчитывается 36 подземных городов. Один из таких городов «Глубокий колодец» включает около 2000 помещений на 10000 человек и имеет около 600 выходов на поверхность. Город имел систему вентиляции (52 вертикальных ствола), включавшую несколько камер, где жгли костры для обеспечения нормальной циркуляции воздуха. Высота камер более 2 м. Город включает помещения для хранения воды, молитвенных обрядов, приготовления вина и тому подобное. Площадь наиболее крупной камеры - более 300 м2. В помещениях зимой и летом температура постоянна (9-10°С).

На территории Грузии, на берегу реки Куры, в горах построены два подземных города - Уплисцихе и Вардзия [1, 2].

Уплисцихе представляет собой город, который почти полностью высечен в скалах. Большая его часть была построена в период с VI по I ст. до н.э. Пещеры расположены отдельными группами, некоторые из них связаны между собой переходами. Дома выполнены в виде различных камер правильной формы, имеют купольные потолки и колонны. В стенах, где было возможно прорублены окна, сделаны отверстия предназначеные для вентиляции и освещения. Улицы города построены в скальном массиве, отдельные дома соединяются на одном уровне тоннелями, на разных - лестницами. Многие высеченные в скале помещения украшены имитацией деревянных или каменных балок, колонн и других архитектурных элементов. Одним из интересных объектов Уплисцихе является так называемая «Аптека» - в ячейках, составленных из кирпича, археологи обнаружили следы десятков различных лекарственных трав, очевидно использовавшихся в медицинских или косметических целях.

Рисунок 1 - Подземные города (Капподокия): общий вид крепости Учхизар и типичная схема подземного города

В V - X в. на массивах Внутренней гряды Крымских гор возникают средневековые пещерные города, среди которых следует выделить наиболее крупные по площади - Чуфут-Кале, Мангуп, Эски-Кермен, Качи-Кальон [3].

Эски-Кермен - средневековый город-крепость, был основан в конце VI века н.э. как византийское укрепление и просуществовал до конца XIV века. Город состоит из 350 пещер, вырубленных в скалах в черте города и около 50 вне её. Большая часть из них появилась в ХП-ХШ веках как хозяйственные помещения, в основном как загоны для скота, реже склады. Небольшая часть пещер выполняла оборонительные или сакральные функции. Одной из самых интересных достопримечательностей подземного строительства является уникальный водосборник VI века, со ступенями из шести маршей с девяносто пятью степенями, с двадцатиметровым коридором, который выводит в пещеру, где скапливалась питьевая вода. Несколько пещерных храмов, вырубленных в скалах, построены с применением подпорных колонн-целиков.

Среди подземных сооружений необходимо подчеркнуть культовые сооружения, среди которых подземные захоронения занимают отдельное положение. Уже первобытные люди начинают хоронить своих сородичей, для этого используются природные углубления, а в некоторых случаях создаются специальные ямы, даже больших размеров.

Итак, на начальной стадии развития человека формируется культ души и загробного мира, который влияет на дальнейшее развитие культовых сооружений. Культура захоронения с использованием подземных полостей, которые засыпали после погребения, возникает с давних времен. Наличие в жилой пещере погребения заставляло людей, по понятным причинам, расширять и улучшать свое жилье.

Погребения в пещерах естественного и искусственного происхождения начали устраивать в отдалении от жилого помещения, в нишах, которые позже получили название аркосолии. Со временем они все больше отдаляются от жилья, и становятся отдельными сооружениями. Такие сооружения известны в Азии, Америке, Европе [1, 2]. Встречаются многоярусные некрополи, расположенные друг над другом в стенах, и такие, в которых используется принцип наслоения одного сооружения над другим.

Одним из примеров такого захоронения является Царский курган (Пантикапея, Керчь), который датируется III в. до н.э. [3]. Высота кургана составляет 17 м, а диаметр основания - 260 м. В центре кургана расположена погребальная камера, в которую ведет проход (дромос) обрамленный величественными стенами. Нижние восемь рядов камней

http://vestnik-nauki.ru

стоят отвесно. Над ними 14 рядов постепенно нависают над дромосом, образуя безраспорный свод. Длина дромоса достигает 36 м, высота - 7 м. Погребальная камера квадратной формы имеет высоту 10 м и длину стен около 4,5 м. Стены ее до четвертого ряда камней (рост человека) вертикальные, а выше, по углам, с них начинают выступать плиты, предоставляю верхней части сначала полигональную, а затем круглую форму. Конусный безраспорный свод сверху закрыт большой плитой из камня.

Рисунок 2 - Царский курган

Отдельное место среди подземных захоронений занимают катакомбы (греч. Катю -внизу и греч. КоцРос; - сплетение). Погребения в катакомбах были довольно распространены не только в христианстве, но и в дохристианские времена как на Востоке, так и на Западе.

Дохристианские катакомбы обустраивались в виде отдельных камер различных форм, расположенных по взгорьям. По их стенам друг над другом вырубывались в один, два или несколько рядов ниши для захоронения. Подземные сооружения представляли собой личные или семейные гробницы. Другое устройство имеют христианские катакомбы. Они устраивались в виде обширных некрополей, которые состояли из большого числа камер, соединенных между собой, и предназначались для всех христиан, то есть носили публичный характер.

Наиболее известные катакомбы Каллиста, Луцина, св. Себастьяна и др. Часто катакомбы располагались под дорогами, такие подземные сооружения характерны для многих городов: Париж, Рим, Палермо, Неаполь [1, 2].

В конструкциях большинства катакомб можно проследить общие закономерности. Они представляют собой систему выработок в 1-1,5 м шириной и до 4 м в высоту, именно при таком пересечении выработок возникает необходимость в дополнительных опорах для содержания перекрытия. Воздух поступал под землю по вертикальным каналам, расположенных через 200-250 м, выработки располагались в несколько ярусов и соединялись лестницами.

Катакомбы Рима - сеть античных катакомб, использовавшиеся как место захоронения, в период раннего христианства. Катакомбы начали строить в I в н.э., но расцвет их строительство достиг в III - IV веках. Всего в Риме насчитывают более 60 различных катакомб (150-170 км. длиной, около 750 тыс. захоронений), большинство из которых расположены под землей. Эти катакомбы представляют собой систему подземных ходов из туфа, часто создают лабиринты. В их стенах для захоронений прорабатывались прямоугольные ниши разной величины (главным образом для одного умершего, иногда для двоих, и редко - для нескольких тел). В отношении их происхождения нет единого мнения -

или это остатки каменоломен или древние подземные пути либо же - сугубо христианские сооружения (по Джованни Батиста де-Росси).

Развитие строительства и обустройства подземных сооружений в определенной степени был связано с поклонением культу подземных богов. Для образования таких храмов сначала использовались природные пещеры, которые постепенно упорядочиваются, а позже сооружаются для культовых целей отдельные подземные помещения. Последователи религиозных течений, в которых божеством было солнце, выбирали пещеры для культовых целей таким образом, чтобы его лучи освещали святое место в помещении. Для освещения алтаря устраивают специальные световые отверстия в потолке или стенах. Такие подземные храмы встречаются во многих странах, а приемы такого освещения сохранились и до наших дней.

Рассмотрим более подробно некоторые конструкции и технические приема сооружение пещерных храмов и монастырей.

Один из известных буддистских их храмово-монастырских пещерных комплексов является Аджанта (Индия) [1], который представляет собой гору в виде подковы с 29 пещерами. Храмы высекались в скалах в течение нескольких столетий - в III-VII веках. Скорее всего, выемка породы в сечениях пещерных храмов осуществлялась сверху вниз, начиная с перекрытия. Сначала проходили передовые выработки небольшого сечения, из которых постепенно слоями влево и вправо осуществляли расширение здания. Сооружение могло одновременно вестись в нескольких забоях.

Среди других буддистских храмов надо отметить китайские пещерные монастыри Лунмынь, Могао и Юнган, которые по своей конструкции напоминают индийские пещерные храмы [2]. Одним из основных примеров подземной архитектуры Китая можно считать буддистский пещерный храм Лунмынь Шика. Там насчитывается более 2300 гротов и 700 ниш, с 43 храмами. Начало обустройства храмов относят к 493 г. Особенностью этих храмов является наличие большого количества каменных скульптур. Например, в Юнганских пещерах сохранились скульптуры высотой до 17 м.

Одно из специфических направлений использования подземных пространств -отшельничество или затворничество. Оно появилось в иудаистской религии (ессеи), но особого развития достигло в христианстве с III в. Именно тогда начинают появляться христианские монастыри, строительство которых происходит значительно позже. Среди таких монастырей следует отметить Инкерманский Свято-Успенский пещерный монастырь, Киево-Печерскую и Святогорскую Успенскую лавру (рис. 3).

Рисунок 3 - Пещерные монастыри: Церковь Святого Климента; Святогорская Лавра

Ранних христиан привлекала возможность жить простой духовной жизнью вдали от крупных городов и соблазнов цивилизации, поэтому города, где было много пещер, привлекали их внимание. Одним из таких городов стали каменоломни Инкермана. Пещерный монастырь в Инкермане возник в VIII ст. и просуществовал почти до ХVШ [3]. В середине XIX он был восстановлен под именами святых Климента и Мартина. Сейчас подземные жилые комплексы и храмы насчитывают около 300 пещер.

Одним из самых известных пещерных монастырей в Крыму является Свято-Успенский монастырь [3]. Монастырь основан византийскими монахами-иконопоклонниками в VIII веке. Успенский монастырь был главным оплотом религиозной жизни православного населения. Монастырь представляет собой незащищенное поселение, в котором подземная церковь жилые и хозяйственные пещеры дополняются наземными сооружениями монастыря.

Киево-Печерская лавра - один из первых по времени основания монастырей на Руси. Основан в 1051 при Ярославе Мудром монахом Антонием. История Свято-Успенской Печерской лавры уходит в глубину веков и начинается с Дальних и Ближних пещер. Свое название монастырь получает за подземное размещение - «Печерский». Первым большим подземным зданием можно считать церковь Рождества Богородицы в Дальних пещерах. Подземный монастырь включает два комплекса пещер Ближние, или Антониевы, и Дальние, или Феодосии. В ХП веках вокруг монастыря были возведены каменные стены, одновременно с которыми была построена и система подземных ходов. Эти выработки имели высоту 2 м и ширину 1,2 м, были обложены кирпичом. Следует отметить, что пещеры на протяжении своего существования все время достраивались и перестраивались. Сегодня Ближние пещеры представляют собой закольцованный лабиринт длиной 288м, расположенный на глубине от 5 до 20 м. Ширина выработок составляет 1 - 1,5 м, а их высота - 2 - 2,5 м. В выработках, в нишах и камерах расположено более 70 захоронений, среди них захоронения летописца Нестора, былинного богатыря Ильи Муромца и др. Планирование Дальних пещер такое же как и Ближних - они представляют собой лабиринт с двумя входами, состоящий из коридоров, келий и камер. В пещерах расположены 45 захоронений и есть три церкви: Богородицы, Феодосиевская и Благовещенская.

Также интерес вызывает Святогорская Успенская лавра. Первые монахи на берегах Северского Донца поселились в XIV или XV веках (по некоторым данным, даже в XI веке). Основателем Святогорской монашеской общины считается преподобный Иоасаф. Первое письменное упоминание о местности «Святые горы» относится к 1526 году. Создатели Святогорского монастыря возвели его в меловом массиве берега Северского Донца. Благодаря свойствам мелового массива подземные выработки возводились без особых осложнений, были достаточно устойчивыми, не требовали крепления, дополнительной отделки стен. В меловых горах были построены ходы, соединяющие кельи монахов, подземные и наземные церкви, бытовые помещения.

Также не менее значительное место среди использования подземного пространства занимают сооружения коммуникационного назначения [4, 5].

Одно из таких сооружений, впоследствии названное «гротом Коккеус», имело длину в километр, прямолинейное очертание с двумя полосами движения и шестью вентиляционными шахтами, которые использовались как для проветривания так и освещения тоннеля. Тоннель залегал на глубине около 30 м.

До настоящего времени просуществовал подземный тоннель, проложенный под Ефратом, построенный в IX веке до н.э. Его строителям получилось отвести воды реки Евфрат, и в ложе реки соорудить тоннель длиной 900 м, использовав для отмостки гидроизоляции кирпич и битум, толщиной около 2 м.

Нельзя обойти вниманием и использование туннелей для отбора и сбора воды [3 - 5]: "осадный колодец" Эски-Кермена, подводный тоннель под р. Евфрат, X в. до н. э., большой гидротехнический тоннель, который служил для спуска воды из Фуцинского озера и др.

Подводя итог приведенного обзора истории освоения подземного пространства можно привести характеристику и сравнительный анализ использования подземного пространства - таблица 2.

Таблица 2 - Характеристика подземных сооружений

Объекты Краткая характеристика Характерные особенности

Пещеры Пещеры - природные горные выработки камерного типа, имеющие один или несколько выходов на открытую поверхность. Во время эксплуатации человеком пещеры разделяются на помещения различного размера, обустраиваются опорами.

Подземные города Подземные сооружения с многоярусным планированием, включающие помещения жилого и религиозного назначения Сооружаются в виде камер, которые соединяются на одном уровне горизонтальными и наклонными удлиненными выработками, на разных - вертикальными выработками с лестницей

Подземные объекты курганов и пирамид Погребальная яма с земляной или каменной насыпью. Чаще всего представляют собой камеру сводчатой формы, в которую ведет проход

Катакомбы Представляют собой сеть извилистых подземных туннелей и пещер удлиненной формы Сооружаются искусственным способом, в виде туннелей и удлиненных выработок, использующихся для захоронения.

Пещерные храмы Полости и пещеры, которые используются с культовыми целями Используются как естественные, так и искусственные полости, характерные черты - ритуальная живопись на стенах, алтари и жертвенники

Пещерные монастыри Тоже что и пещерные храмы, но имеют помещения для постоянного проживания монахов Такие же, как и у пещерных храмов

Туннели Горизонтальные или наклонные подземные сооружения, удлиненной формы Имеют два выхода на поверхность, зачастую с вентиляционными шахтами, используется гидроизоляция, предназначены для транспорта, пропуска воды, отвода сточных вод и др.

Крепости в скальных массивах Укрепленный оборонительный пункт в скальном массиве или горе. Имеют систему подземных коммуникаций в виде тоннелей, камер, как горизонтальных так и наклонных, совмещенные с зданиями и сооружениями на поверхности.

Подземные хода и хранилища Горизонтальные туннели, реже подземные камеры. Сооружаются в виде туннелей, которые используются для защиты укреплений, потайных выходов и хранилищ воды.

Подкопы под крепости Горизонтальные, реже наклонные горные выработки, имеющие выход на открытую поверхность. Имеют вид штолен, которые проводились под стены крепости, и имели под их фундаментом расширения, использовались для разрушения стен

Проведя достаточно глубокий исторический анализ технологии строительства и эксплуатации подземных сооружений можно отметить, что человечество с древних времен использует подземное пространство: начиная с естественных пещер для укрытия от непогоды, до сооружения современных подземных комплексов. Вместе с совершенствованием и развитием подземного строительства совершенствуются и орудия труда - от первобытного топора до современных проходческих комплексов. Совершенствуется технология строительства - от целиков и подпорных колонн до поточного производства и наноматериалов. Меняется архитектурная выразительность - от каменных стен до настоящих произведений инженерного искусства. Таким образом, освоение земных недр в значительной мере оказало влияние на развитие самого человека, развитие технического прогресса, зарождение науки и образования.

ЛИТЕРАТУРА

1. Гайко Г.И. История освоения земных недр. Донецк.: Восточный издательский дом, 2009. 292 с.

2. Конюхов Д.С. Использование подземного пространства. М.: Архитектура-С, 2004.

296 с.

3. Крымология: Археологические памятники античного и средневекового Крыма [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://krymology.info

4. Лысиков Б.А., Кауфман Л.Л. Подземная инфраструктура городов (обзор зарубежного строительства). Донецк: «Норд-пресс», 2004. 267 с.

5. Подземные гидротехнические сооружения / Мостков В.М., Орлов В.А., Степанов П.Д., Хечинов Ю.Е., Юфин С.А. М.: Высшая школа, 1986. 464 с.

REFERENCES

1. Gajko G.I. Istorija osvoenija zemnyh nedr [History of the development of the earth's interior] Doneck: Eastern publishing house, 2009. 292 p.

2. Konjuhov D.S. Ispol'zovanie podzemnogoprostranstva [The using of underground space] M.: Architecture-S, 2004. 296 p.

3. Krymologija: Arheologicheskie pamjatniki antichnogo i srednevekovogo Kryma [Crimeology: Archaeological monuments of the ancient and medieval Crimea] Available at: http://krymology.info

4. Lysikov B.A., Kaufman L.L. Podzemnaja infrastruktura gorodov (obzor zarubezhnogo stroitel'stva) [Underground infrastructure of cities (overview of foreign construction)] Doneck: «Nord-press», 2004. 267 p.

5. Mostkov V.M., Orlov V.A., Stepanov P.D., Hechinov Ju.E., Jufin S.A. Podzemnye gidrotehnicheskie sooruzhenija [Underground hydraulic engineering structures] Moscow: High school, 1986. 464 p.

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРЕ

Шульгин Павел Николаевич

Донбасский государственный технический университет, г. Алчевск, ЛНР, кандидат технических наук, доцент кафедры Строительные геотехнологии ДонГТУ.

E-mail: pavel.n.shulgin@gmail.com

Shulgin Pavel Nikolaevich Donbass State Technical University, Alchevsk, LPR, Chairman of The Water Resources Department, Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor at the Department of Building Geotechnology DonSTU.

E-mail: pavel.n.shulgin@gmail.com

Корреспондентский почтовый адрес и телефон для контактов с авторами статьи: 94204, ЛНР, Алчевск, пр. Ленина, 16 (главный корпус), каб. 221. Шульгин П.Н..

+38(050)972-57-37