Podzemní urbanismus - řešení problematiky městské infrastruktury

Vzhledem k významnému nárůstu technologického rozvoje se v několika minulých desetiletích do popředí zájmu dostávají otázky související se životním prostředím, vztahem mezi člověkem a krajinou. Světový trend vylidňování venkova způsobuje výrazný nárůst obyvatelstva měst a městských aglomerací, což vytváří nový problém, jak zachovat přinejmenším dosavadní charakter krajiny a současně zajistit přiměřený a zároveň moderní rozvoj sídelních celků. Rostou multilaterální tlaky na udržení ekologické rovnováhy a harmonického uspořádání území, ale současně jsou kladeny stále větší nároky na technickou infrastrukturu - individuální a hromadnou dopravu, parkování a garážování vozidel, multifunkční nákupní centra, prostory pro smysluplné trávení volného času. Prostoru na povrchu ve městech rapidně ubývá, dosáhlo se v podstatě jeho maximálního využití. Pozemky v centru měst, stávající obvykle v prolukách nebo vzniklé po demolicích starých industriálních nebo památkově nechráněných objektů, dosahují astronomicky vysokých cen. Rozvoj městského území směrem do výšky, který je v některých případech možný u jednotlivých budov, není u větších útvarů, sloužících jako sídelní celky, rozhodně žádoucí. Pro budování infrastruktury, tj. zejména staveb veřejného zájmu, máme tedy v intravilánu většinou k dispozici už jen podzemní prostory.

Podzemní prostory - čtvrtá dimenze velkoměsta

Budování infrastruktury v podzemí odstraňuje nutnost záboru ploch na povrchu území, zmenšuje ekologické zatížení a zaručuje energetickou úsporu - vlivem stabilních klimatických podmínek klesá náročnost na vytápění či chlazení. Nezanedbatelná je i možnost efektivní ochrany proti šíření hluku a prachu z podzemních objektů na povrch. Velkou předností podzemního řešení je tedy průkazné omezování krizových jevů technické infrastruktury, minimalizace jejího vlivu na životní prostředí ve městech a rozvíjení koncepce nízkoenergetických staveb. Vedle převažující škály výhod podzemního řešení městské infrastruktury je však třeba upozornit i na některé možné nevýhody. Návrh uspořádání podzemních objektů je obvykle limitován velikostí prostoru, který je při daném investičním záměru k dispozici. Ve většině případů je nutno tento prostor, který je navíc ovlivněn geologickými podmínkami prostředí a možnostmi technologie ražby, využít v maximální možné míře.

Výhody podzemního řešení městské infrastruktury:
• ekonomické
- umožňuje návrh celistvějších městských struktur;
- šetří pozemky pro jiné použití (rekreace, zelené plochy) či pro budoucnost;
- podzemních prostor je možné výhodně využít, zejména ve skalním prostředí, pro vytápěné i chlazené objekty;
• technické
- výstavba podzemních děl bez porušení nadloží je technicky velmi dobře zvládnutá i s ohledem na deformace nadloží a povrchové zástavby;
• funkční
- povrchové dopravní koridory vytvářejí ve městech dělicí bariéry;
- spolehlivé vedení dopravy bez převážné většiny negativních povrchových vlivů;
• sociální
- umístění dopravy do tunelů výrazně zlepšuje kvalitu života v městských centrech;
• ekologické
- podzemní stavby přispívají k ochraně i tvorbě životního prostředí;
- podzemní konstrukce neovlivňují přírodní podmínky v dané oblasti (drenážní efekt v přilehlé části horninového masivu je technicky možné po dokončení výstavby eliminovat);
- nepříznivé funkční projevy staveb na vnější životní prostředí (hluk, prach) jsou u podzemních konstrukcí značně sníženy;
- podzemní řešení umožňuje zachovat kulturní hodnoty (např. historická jádra měst, ale též chráněné solitérní objekty).

Nevýhody podzemního řešení městské infrastruktury:
- spojení s povrchem (portály a šachty) je technicky náročnou a pohledově exponovanou součástí podzemního díla s výrazným dopadem na jeho cenu;
- propojení s dopravní sítí na povrchu může být velmi komplikovaně uspořádané;
- v městské zástavbě bývá obtížné rozhodnout, kam umístit rampy a ostatní druhy vstupů do podzemních objektů;
- nedostatek přehledné vnější kontroly je jedním z důvodů pro odmítání podzemních prostor veřejností;
- u dispozičně složitých podchodů, vestibulů, podzemních parkovišť a garáží je značná možnost dezorientace uživatelů;
- spokojenost s pracovním prostředím v podzemních objektech (bez oken) je obecně menší než u objektů na povrchu;
- podzemní konstrukce mohou negativně ovlivnit jak výšku hladiny, tak proudění podzemní vody. Minimalizaci těchto vlivů je třeba zajistit náročnými technickými opatřeními.

Typy podzemních staveb

Podzemní díla je možno kategorizovat podle mnoha kritérií. S problematikou urbanistického řešení podzemního prostoru nejtěsněji korespondují rozdělení podle hloubkového umístění a podle účelu použití.

Rozdělení podle hloubkového umístění podzemních děl:
- minimální úroveň 1 až 2 m pod povrchem terénu (podzemní vedení sítí těsně pod chodníky a ulicemi, halové podchody, vestibuly metra, výjimečně i sekundární kolektory a dopravní tunely);
- mělké nadloží 2 až 5 m (podchody pro pěší, objekty v úrovni suterénů obytných budov, kanalizační stoky, sekundární kolektory, krátké silniční tunely, ale též podzemní dráhy - tzv. berlínský typ);
- nízké nadloží 5 až 20 m (např. objekty s více podzemními podlažími pro pěší, obchodní centra, parkoviště, garáže, primární kolektory, dopravní stavby - metro, silniční tunely);
- vysoké nadloží 20 až 50 m (kabelové tunely, silniční tunely, metro - nadloží umožňuje vzájemné mimoúrovňové křížení různých typů dopravních staveb);
- velmi vysoké nadloží > 50 m (vyjímečně trasy metra - dáno geologickými podmínkami či druhotným využitím pro civilní ochranu, objekty zvláštního účelu).

Rozdělení podle účelu použití z hlediska podzemního urbanismu:
- vodohospodářské stavby (kanalizační stoky, vodovodní přivaděče, objekty zdravotní techniky - nádrže, vodojemy, čisticí stanice);
- komunální stavby (kabelové tunely, telekomunikační štoly, parovody, horkovody, teplovody, kolektory);
- halové a plošné podzemní stavby (obchodní a zábavní centra, objekty kulturního a sportovního využití - divadla, stadiony, parkoviště, garáže, skladiště, výrobny);
- stavby zvláštního určení (energetické zásobníky, objekty civilní ochrany).

Historie využití podzemí z hlediska podzemního urbanismu

Využití přirozených podzemních prostor (jeskyní) pro obytné účely je historickým faktem známým již tisíce let. Asi nejznámějším komplexem tohoto druhu jsou podzemní města v Kapadocii ve východním Turecku, kde v upravovaných jeskyních vznikaly od 4. století n. l. stovky podzemních svatyň, do nichž mohlo najednou vstoupit až třicet tisíc lidí. Dnes je řada těchto jeskyní obývána.
Je vhodné upozornit na možná překvapující zjištění, že i dnes se v Evropě nacházejí oblasti, kde lidé využívají jeskyně pro bydlení - na území dnešního Španělska přibližně 80 000 lidí, podobně je tomu i ve Francii, kde se počet těchto obyvatel odhaduje na 10 000. Minimální náklady na stavební úpravy a materiál, stálá vnitřní teplota bez velkých nákladů na vytápění či chlazení v přirozených podzemních prostorách je důvodem, proč i v současné Číně žije v obydlích využívajících plně či částečně podzemní prostory kolem 30 miliónů lidí.
Nové není ani využití podzemní městské úrovně pro dopravní účely. Moderní a nejvýkonnější prostředek hromadné dopravy ve městech - podzemní dráha - je stará téměř 150 let. Prvním městem na světě, kde byla zprovozněna téměř šestikilometrová linie metra, a to již v roce 1863, byl Londýn. Dnes má toto metro 270 stanic a přes 400 km tratí. Jako druhé na světě a první v kontinentální Evropě bylo v roce 1896 otevřeno metro v Budapešti. V současné době je tento dopravní systém zaveden ve více než 100 velkoměstech po celém světě.
Využití městských silničních tunelů přesahuje možnosti jakéhokoliv všeobecnějšího popisu. První automobilový tunel byl postaven v roce 1927 a nachází se v New Yorku pod řekou Hudson. Jedná se o dvoutubusovou stavbu délky přes 4 km, který byl pojmenován podle svého stavitele Clifforda M. Hollanda.
Jistou zajímavostí je, že během druhé světové války bylo vybudováno ve městech nejen mnoho podzemních úkrytů, ale také podzemních továren a skladišť, které zajišťovaly utajení vojenské výroby a chránily ji před konvenčním bombardováním a před nepřítelem. V Anglii byla na vysoce tajnou továrnu např. přeměněna část metra. V Německu nastal rozvoj výstavby podzemních továren v květnu 1942 s rozvojem letecké výroby. Některé podzemní výrobní haly dosahovaly šířky až kolem 200 m.

Zahraniční příklady urbanizace podzemního prostoru

Podzemní komplexy pro komerční využití
Nejdelší tradici v budování podzemních nákupních center má Japonsko. První střediska byla vybudována v sousedství železniční stanice a metra v Osace v roce 1975. Tato centra byla neustále rozvíjena a dnes zaujímají přes 127 000 m² a obsahují přes 1000 obchodů a restaurací. V celém Japonsku je dnes přes 20 velkých podzemních obchodních komplexů, jejich rozvoj však byl částečně zastaven požárem nákupního centra Shizuoka v roce 1980, kdy zahynulo 20 lidí.

Jedním z největších nákupních komplexů je přebudovaná tržnice Les Halles v Paříži o ploše 100 000 m² na povrchu a se čtyřmi podzemními podlažími. Tento projekt je jedinečný vzhledem k pestrosti využití podzemních prostor - zahrnuje stanici metra, podzemní chodby, garáže, obchodní pasáž, zábavní a rekreační prostory včetně plaveckého bazénu. Jedná se o jedinečnou ukázku zvládnutí komplexního využití podzemí a vyřešení mnoha značně složitých technických problémů.

Další světově významná podzemní obchodní centra se nacházejí např. v Torontu a Montrealu. Ukázkou nevhodného řešení je rozsáhlý obchodní komplex La Cité v Montrealu. Pro získání vizuálního kontaktu s okolním prostředím zde chybí propojení s povrchem a uživatelé centra tak ztrácejí představu, zda se nacházejí v podzemních či nadzemních patrech budovy.

Sportovní podzemní objekty
Nejznámější podzemní sportovní komplex je Olympijská hokejová hala v Gjoviku v Norsku. Do tohoto komplexu patří posilovna, tělocvična a plavecký bazén.

Podzemní kostely
Příkladem může být kostel Coober Pedy v centrální Austrálii vybudovaný v roce 1967, ke kterému byly v roce 1977 dostavěny podzemní prostory, umožňující v letních měsících ochranu před sluncem.
V letech 1968 až 1969 byl ve Finsku v Helsinkách postaven kostel Temppeliaukio, který využívá podzemí jednak z estetických důvodů a jednak z nutnosti zachování volného prostoru na náměstí v centru města.

Muzea
Současná tendence budovat muzea v podzemí je spjata s ekonomií provozu, s lepší ochranou vzácných děl či nemožností rozšíření stávajících budov na povrchu (např. z důvodu ochrany historického vzhledu budov). Například ve Švédsku byl ve skalním masivu Marienberg poblíž Stockholmu vybudován Národní archiv.

Knihovny
Ve světě se nachází mnoho knihoven, kde minimálně určitá část (depositáře či sklady) je umístěna pod povrchem terénu. Klasickým příkladem je knihovna Nathana Marshe Puseyho na Hardvardově universitě v Cambridgi v Massachusetts, USA. Budoucí pražská Národní knihovna na Letenské pláni pravděpodobně nebude výjimkou.

Vládní budovy
Většinou se nacházejí v centru měst, jsou obvykle symbolem dané země, a není proto možné jejich další rozšiřování na zastavěném povrchu (většinou také z důvodu ochrany kulturních památkových budov v okolí). Vzhledem k nutné ochraně vládních činitelů před možnými extremistickými útoky se u těchto staveb podzemních prostor využívá ve značné míře. Nejznámějším příkladem takovéhoto řešení je budova Kremlu v Rusku se svým podzemním komplexem.

Stručný pohled na současné využití městského podzemí v ČR

Silniční tunely
- Vývoj automobilizace a s ním spojená nutnost řešení dopravy ve městech od konce 80. let 20. století vedly k výstavbě několika nových městských automobilových tunelů. V Praze to byl především Strahovský tunel délky 2042 m, vyražený zmodernizovanou jádrovou soustavou v letech 1984-97.

- Dalším byl v roce 2004 zprovozněný tunel Mrázovka délky 1300 m, s příčným třípruhovým profilem 160 m² (v rozpletech až 340 m²), budovaný za použití Nové rakouské tunelovací metody (NRTM). Tunel Mrázovka svým významem v oboru podzemního stavitelství zcela jistě překračuje hranice České republiky. I z těchto důvodů byla tato stavba zvolena dopravní stavbou roku 2005. Dopravní zklidnění v oblasti Smíchova a Strahova je natolik průkazné, že o účelnosti dobudování dalších částí Městského okruhu mohou pochybovat jen lidé naprosto neobjektivní.

- K významným tunelům v dalších městech patří např. Pisárecký tunel délky 500 m, vybudovaný technologií NRTM v letech 1995-97 v Brně jako přivaděč z dálnice D1. I zde je zkvalitnění životního prostředí ve Starém Lískovci a usnadnění příjezdu do Brna od jihu naprosto průkazné.

Jižní portál pisáreckého tunelu v Brně

- V počáteční fázi výstavby se nacházejí dva ražené tunely umístěné na Pražském silničním okruhu - tunel Lochkov (1662 m) a tunel Komořany (1937 m). Oba tunely zajišťují průchod rychlostní silnice pahorkatinami táhnoucími se podél obou břehů Vltavy. V obou případech je jejich urychlené vybudování pro funkci Pražského silničního okruhu zcela zásadní. Zprovoznění je naplánováno na rok 2009.

- Pravděpodobně nejvýznamnější tunelovou stavbou současnosti v České republice je Tunelový komplex Blanka na Městském okruhu v Praze. Jedná se o souvislý tunelový úsek celkové délky 5500 m, sestávající z ražených a hloubených částí. Jde o ryze městský tunel, se dvěma samostatnými tubusy pro oba jízdní směry, jehož součástí jsou rovněž i dva mezilehlé křižovatkové uzly s napojením na povrchovou komunikační síť. Rozsah celé stavby, včetně dopadů do městského prostředí (jak při výstavbě, tak i po zprovoznění), je naprosto mimořádný a srovnat jej lze pouze s výstavbou prvních provozních úseků metra.

- Na nedokončených částech pražských hlavních komunikací (dva okruhy, sedm radiál, dvě spojky) je v přípravě ještě cca 17 000 m dalších tunelů. Realizace všech těchto staveb nastane postupně od roku 2008. Rozhodně nemalý vliv na termín zprovoznění bude mít postup projednávání jednotlivých staveb, který je často velmi komplikován iniciativami některých ?ekologických? občanských sdružení.

- Trend nastolený v hlavním městě Praze se v menším měřítku promítá i do jiných měst v České republice. V současné době se například připravuje výstavba tunelu Královopolského (Dobrovského) na Velkém městském okruhu v Brně. Tunel délky 1261 m prochází velice složitými geologickými podmínkami v prostředí neogenních jílů, pod hustě obydlenou zástavbou. Zprovoznění je předpokládáno v roce 2011. Kromě Královopolského tunelu je v brněnské aglomeraci plánováno ještě cca 6400 m tunelových úseků.

Stavby velkého městského okruhu v Brně

Síť hlavních komunikací hl. m. Prahy

Stavba metra
Vůbec největší podzemní stavbou v České republice se bezpochyby stalo pražské metro. První reálný návrh podzemní dráhy pochází již z roku 1926. K vlastní realizaci se však dospělo až v 60. letech 20. století, kdy se hlavní město potýkalo s velkými dopravními problémy v hromadné přepravě osob. Proto bylo přistoupeno k výstavbě podzemní dráhy, jejíž realizace ovlivnila život hlavního města na desítky let, a ovlivňuje jej i nadále. V průběhu čtyř desetiletí vznikala síť tří tras A, B, C, s přestupními stanicemi v centru města. Postupné zprovoznění přineslo zásadní zvrat v pražské hromadné dopravě, každý dokončený provozní úsek situaci v hromadné dopravě výrazně zlepšoval. V současné době má pražské metro délku 54 700 m a obsahuje 54 stanice, což představuje okolo 150 000 m vyražených tunelů a štol. Trasy B a C jsou nadále uvažovány jako dlouhodobě dokončené.
Rozšíření pražského metra se v blízké budoucnosti soustředí na prodloužení trasy A a výstavbu nové radiální trasy D. Trasa A se bude prodlužovat severozápadním směrem až na letiště Ruzyně. Délka celého úseku s osmi stanicemi bude činit 12 700 m. Na realizaci v období 2010-20 se předpokládá využití plnoprofilových razicích strojů (TBM). Nová trasa D bude doplňovat současný nejzatíženější dopravní směr z jižních obytných částí města do centra. Jejím hlavním cílem je snížení množství autobusových linek u stanice Kačerov a převzetí části zatížení z trasy C. Navržená trasa D má délku 10 200 m s celkem deseti stanicemi, z nichž dvě budou přestupní. Do provozu by měla být uvedena do roku 2015.

Podzemní tramvaj
- Další plánovanou podzemní stavbou pro městskou hromadnou dopravu v ČR je podzemní tramvaj v Brně. Vedení tzv. severojižního tramvajového diametru představuje, kromě povrchových úseků, 4240 m dvoukolejných tunelů a devět podpovrchových stanic.

- Rovněž pro novou tramvajovou trať v Praze, z Podbaby do Suchdola, je plánována výstavba dvou cca 500 m dlouhých ražených dvoukolejných tunelů.

Železniční tunely
Bez povšimnutí nelze nechat výstavbu železničních tunelů v rámci modernizace pražského železničního uzlu - Vítkovské tunely Nového spojení. V pohledově velmi exponované centrální části města jsou budovány dva dvoukolejné ražené tunely délky 1365 a 1316 m. Výstavba probíhá opět technologií NRTM a v současné době je realizováno definitivní ostění. Po zprovoznění v roce 2008 nahradí tyto tunely dnes nevyhovující stávající tunel Žižkovský, který připojuje pražské Hlavní nádraží na tratě z východní poloviny města.

Čistírny odpadních vod
Využití podzemí je plánováno i v případě nové pražské čistírny odpadních vod (ČOV), která by mohla být realizována po dosloužení stávající povrchové ČOV na Císařském ostrově. V podzemní ČOV, která by měla být umístěna do skalního masivu na pravém břehu Vltavy u severní hranice města, se předpokládají technologické provozy rozmístěné do sedmi podzemních kaveren délky 566 m, šířky 30 m a výšky 20 m. Celkový objem výlomových prací v kvalitním prostředí svrchního proterozoika je cca 2600000 m³.

Závěr

V současné době si větší část společnosti plně uvědomuje svoji odpovědnost za realizaci udržitelného rozvoje a za zachování životního prostředí pro další generace. To vede nejen k vývoji nových energeticky méně náročných výrobků, zavádění plné recyklace použitých materiálů, snižování škodlivých emisí, ale také ke změně plánování rozvoje krajiny a sídel. Největší změny nastaly v přístupu k tvorbě a modernizaci městských celků, a to na povrchu i v podzemí. Využití podzemního urbanismu umožňuje tyto cíle naplnit.