Классификация искусственных полостей по назначению

1. Структура классификации

Предлагаемая классификации искусственных подземных сооружений (ИПС), назначению и морфологическим особенностям в значительной степени опирается на предшествующие классификации и использует их терминологию.

ИПС мы называем подземную полость искусственного происхождения[1], на некотором этапе существования[2] доступную для посещения человеком[3], и в настоящее время не используемую по прямому назначению.При разработке классификации ИП по назначению использован принцип функционального деления, в отличие от обычно применяющегося объектно-функционального подхода.

По назначению возможно подразделить ИПС на типы, классы, роды и виды. Структура классификации ИПС по назаначению представлена в таб. 1.

Таблица 1. Классификация искусственных подземных полостей по назначению.

Первое разделение подземных полостей необходимо произвести на уровне генетического типа, определяющего наличие субъекта, имеющего цель создания полости (непосредственную или опосредованную): искусственные (антропогенные) и естественные (ЕП). В дальнейшем мы будем анализировать преимущественно первые, а вторые рассматривать лишь в меру их вклада в формирование спелестологических объектов.

Нам представляется возможным все антропогенные полости отнести к четырем элементарным классам:

Класс характеризует цель (мотивацию) создания объема полости. Горные выработки возникают как побочный эффект при добыче полезных ископаемых, а подземные архитектурные сооружения создаются специально ради получения подземного объема. Оказионная полость – это подземный объем, возникший в результате нецеленаправленной деятельности человека. Конструкционные полости заложены как остаточный объем внутри массивных архитектурных сооружений,[5] к спелестологическим объектам они отнесены В.Н. Дублянским. С последним трудно согласиться – спелеология (и спелестология как ее раздел) изучают формы подземного рельефа (объекты спелеосферы), которые по определению заложены в грунте, хотя бы искусственном, но не в толще надземных архитектурных сооружений. К спелестологическим объектам с полным основанием принадлежат лишь подземные (устроенные в пещерах и полостях) сооружения этого класса. Тем не менее, мы не исключаем из классификации КП в надземных сооружениях, а схема классификации позволяет описывать и ЕП, использовавшиеся человеком. Таким образом, данная классификация выходит за рамки собственно спелестологии, затрагивая области спелеоархеологии и истории архитектуры.

Класс подразделяется на рода полостей. Род характеризует цель создания подземного сооружения. Например, среди ГВ выделяются следующие рода: рудники, шахты, каменоломни, разведочные выработки; среди АС – жилые, культовые, транспортные и т.д. (см. таб. 1).

Нижний таксономический уровень – вид, характеризующий задачу в рамках цели создания ИПС. Рудники и шахты, например, классифицируются по виду добываемого ископаемого, АС – по служебной функции.

2. Надклассы подземных сооружений

Имеются множество примеров сочетания качеств различных типов и классов в одном и том же спелестологическом объекте. По уровню полифункциональности ИПС можно выделить среди следующие степени:

Элементарные подземные сооружения (ЭПС) – монофункциональные полости, при своем создании обладающие единством цели и задачи, которые можно отнести к определенному классу, роду или даже виду. ЭПС могут существовать как отдельные объекты, так и входить в состав сложных подземных сооружений.

Простые подземные сооружения (ППС) – имеют единую или доминирующую цель в рамках класса, но подразделяются на ряд элементов, в том числе с различными вспомогательными и/или дополняющими задачами. Например, основной задачей проходки ГВ является добыча полезного ископаемого. При этом попутно решается ряд частных или вспомогательных задач: транспортировки людей, руды и грузов (по откаточным выработкам), вентиляции (при помощи вентиляционных выработок), обогащения руды (на подземных обогатительных фабриках) и т.д. Из единства цели сооружения следует, что вспомогательные и/или дополняющие элементы только лишь способствуют выполнению этой главной цели, и весь комплекс следует отнести к классу ГВ (хотя некоторые такие элементы, рассмотренные в отрыве от комплекса, пришлось бы отнести к АС).

Иначе говоря, вспомогательные элементы – фрагменты полости, которые возможно отнести к другим родам и видам, иногда даже другого класса, непосредственно необходимые для выполнения основной цели сооружения (например, транспортные штреки, вентиляционные стволы, помещения мастерских, складов и т.п. части выработок на рудниках). Дополняющие же элементы – фрагменты полости, которые возможно отнести к другим родам и видам, иногда даже другого класса, косвенно способствующие выполнению основной задачи системы сооружений, но не служащие непосредственно функции сооружения (например, жилые помещения для рабочих, часовни и т.п. в комплексах рудников и каменоломнен).

Если же дополнительные элементы ИПС имеют свою собственную, независимую задачу, то комплекс следует квалифицировать как сложное подземное сооружение (СПС). Для характеристики таких объектов со сложной структурой необходимо ввести понятие надкласса полости. СПС могут быть двух разновидностей:

Комбинированные подземные сооружения (КС) – связанные полости, не имеющие общей цели создания, полученные соединением отдельных фрагментов, относящихся к различным классам, в том числе полостей естественного происхождения (ЕП). Общей цели такое сооружение не имеет, элементы разделены в пространстве. Примерами могут служить помещение спелеолечебницы на соляной шахте БКЗ-4 в Березниках, пересечение ГВ с ЕП (полиметаллический Туимский рудник в Хакасии, свинцовый Кугитангский рудник в Туркменистане, гипсовая каменоломня Тенишевский рудник в Татарстане, вскрывающие карстовые пещеры) или АС с ЕП (Шатрищегорская культовая пещера в Воронежской области, вскрывающая тектонические полости).

Смешанные подземные сооружения (СС) – гибридные полости, сочетающие в себе качества двух или более классов, т.е. имеющие несколько равнозначимых целей создания (полифункциональные) и возникающие в результате пространственного пересечения объемов полостей различных классов с возникновением общей конфигурации, обычно имеющей исторический характер. Сооружения эти либо имеют характер амальгамы – в них нельзя выделить элементы с различными функциями, либо выделяемые элементы также полифункциональны – например, когда на основе горных выработок создаются архитектурные объемы, либо каменоломни заранее разрабатываются таким образом, чтобы впоследствии их объемы использовались под жилые или хозяйственные помещения, как в Канзас-Сити и др. районах шт. Миссури в США и т.д. Также к этому надклассу относятся искусственные полости, конфигурация которых существенно изменена природными процессами – карстом, гравитационной переработкой и т.д., а также ЕП, претерпевшие иногда довольно значительные изменения формы в результате спелеологического исследования, добычи полезных ископаемых или кладоискательства и т.д.

Как дополнительную, внеклассификационную характеристику, можно выделить клубы полостей – объединения полостей по какому-либо произвольному признаку, например, гидротехнические (цель создания которых связана с водой), хозяйственные (задача которых связана с ведением домашнего хозяйства) и др.

3. Элементарные подземные сооружения

Рассмотрим подробнее структуру классов ИПС.

3.1. Подземные горные выработки (ГВ)

Горные выработки предназначены для добычи полезных ископаемых.

Характерный метод создания ГВ, которым создано подавляющее большинство подземных полостей этого класса – минный;[6] много ГВ заложено по ЕП или ИП (например, добыча руды в ЕП или камня в заброшенных АС). В ЕП ведется добыча пещерных заполнителей – гуано, глины, руд, мраморного оникса и т.д. Элиминационным (сольвационным) способом добывается, например, соль в Бахмутской котловине (Украина), образующиеся при этом полости иногда становятся доступны для человека. Ликвационные полости, при пересечении их с эскавационными ГВ или ЕП, также могут быть доступны для спелестологов. Поскольку подземное сжигание углей обычно производится в старых шахтах, то и кремационные полости могут посещаться исследователями.

К родам ГВ относятся:

Таблица 2. Виды жилых подземных сооружений.

 3.2.2. Производственные. 

3.2.3. Хранилищные.

Таблица 4. Виды хранилищных подземных сооружений.

3.2.4. Защитные.

Выполняют задачу защиты (носители барьерной функции: ограничивают социально-опасные факторы, прежде всего военные).

Фортификационные подземные ходы были непременным атрибутом наземных крепостей на протяжении всей истории. Они имели самое различное назначение (в целом для организации связи и доступа, производства маневра). Другие фортификационные АС обеспечивают защиту в укрытиях, наступательные и оборонительные действия, барражные функции и т.д.

Включает в себя следующие виды (Табл. 5).

Таблица 5 . Виды защитных подземных сооружений.

3.2.5. Транспортные.

Таблица 6 . Виды транспортных подземных сооружений.

3.2.6. Оптимализирующие.

3.2.7. Научные.

Выполняют задачи, связанные с производством, накоплением и передачей знаний. Научные АС возводились в основном в XX в. Включает в себя следующие виды (Табл.7).

Таблица 7 . Виды научных подземных сооружений.

3.2.8. Культовые.

Таблица 8 . Виды культовых подземных сооружений.

3.3. Оказионные полости 

Техногенно-карстовые полости – карстовые полости, возникшие в результате деятельности человека. Причиной развития техногенно-карстовых ОП может быть сброс воды или химических растворов (инфлюационные полости), понижение уровня грунтовых вод в результате откачек или дренирования, что активизирует движение подземных вод в зоне аэрации (инфильтрационные полости), изменение режима потоков подземных вод вследствие заполнения водохранилищ, изменения течения поверхностных водотоков, подтопления, искусственного изменения свойств грунтов и т.д. (флювиальные полости), а также образование водохранилищ в условиях, когда береговая линия сложены карстующимися породами (псевдоаббразионные полости).

3.3.2. Техногенно-суффозионные.

Развиваются в результате суффозионного процесса:

·    при утечке воды из гидротехнических систем;

·    при разгрузке грунтовых вод в объемы искусственного происхождения;

·    при некоторых специфических способах откачки воды из скважин (бесфильтровый эрлифт);

·    суффозионный вынос заполнителя карстовых полостей при изменении их режима.

3.3.3. Техногенно-аббразионные.

Развиваются в результате действия волн на берега искусственных водоемов.

3.3.4. Техногенно-гляциальные.

Техногенно-термокарстовые и техногенно-гляциотермальные процессы редко приводят к образованию подземных полостей, хотя достаточно распространены.

3.3.5. Техногенно-гравитационные.

Их возникновение вызвано действием силы тяжести. Этот род возможно подразделить на несколько видов.

3.3.5.1. Вторичные полости (гравитационного дрейфа). Образуются вследствие обрушения кровли исходной полости под действием силы тяжести. При этом происходит «всплытие» (гравитационный дрейф) пустоты вверх. В предельном случае формируется полностью вторичная полость, расположенная выше исходного свода.

3.3.5.2. Полости расслоения возникают в массиве пород над горными выработками.

3.3.5.3. Технодизъюнктивные. Полости, образующиеся в результате раскрытия трещин (подобное часто можно наблюдать в бортах карьеров) аналогичны природному типу дилатансионных полостей.

3.3.5.4. Полости навалов. Образуются между отдельными глыбами в искусственных нагромождениях грунта (отвалах горных предприятий, взорванных горных массивах и т.д.); аналогичны природным типам гравитационных полостей.

3.3.5.5. Руинные. Если интерпретировать нагромождение обломков рухнувшего здания, как техногенный грунт, то следует отнести полости в них к разновидности ОП.

3.3.6. Погребённые.

Постройки или конструкционные полости, перекрытые, в результате стихийного процесса или ненамеренных действий человека, засыпкой с образованием подземного объёма.

3.3.7. Техногенно-пиролизные.

Техногенно-пиролизные ОП практически аналогичны кремационным полостям, за исключением того, что первые не связаны с процессами намеренного подземного выжигания угля, а являются следствием эндогенных пожаров, развивающихся при самовозгорании углей в зонах выработок шахт.

3.3.8. Полости выброса.

Выбросы горных пород в горную выработку – катастрофическое явление, вызванное разрядкой горного и газового давления; при этом в массиве горных пород образуются каверны.

3.3.9. Эксплозионные (камуфлеты).

Полости, которые образуются под землёй при проведении мощных взрывов, наиболее впечатляющие – при подземных ядерных испытаниях.

3.4. Конструкционные полости (КП)

Чтобы отличить КП от архитектурных объемов в общем, можно предложить следующее определение: конструкционная полость – полость, заключенная в архитектурном сооружении, мощность вмещающего массива которого больше наибольшего измерения ее поперечного сечения. Метод создания – почти исключительно закладкой, также известно применение минного метода (в массиве уже возведённого сооружения пробивались полости). Роды КП аналогичны родам АС.

4. Смешанные подземные сооружения

Как сказано выше, смешанные подземные сооружения (СПС) в одном объеме сочетают формы и функции объектов разных классов и часто являются продуктом исторического развития. Назначение их не сводимо к единой цели. Как и для ЭПС, для этого надкласса мы игнорируем элементы естественности, проводя классификацию лишь по искусственным факторам (учитывая обстоятельство, что при создании комплекса бывает использована предшествующая ЕП).

Классификация внутри этого надкласса производится так: выделяются полости одного класса, имеющие качества иного класса: АС с качествами ГВ (АС-ГВ); ГВ с качествами АС (ГВ-АС) и т.д. (см. Табл. 1.). Полости, сочетающие в себе качества многих классов, называются сложные смешанные (СС). Некоторые классы СПС обычны и распространены, другие весьма экзотичны. Можно представить следующие (не исчерпывающие) примеры.

АС-ГВ. Добыча полезных ископаемых в АС.

АС-ОП. Полости разрушаемых обвалами АС.

АС-КП. Полости АС с построенными внутри массивными сооружениями.

В частности, это военные бункера, заложенные глубоко под землей, которые имеют внутри экскавационных полостей сложно устроенные массивные сооружения (бункер Шайенн в США, бункер Алсу в Крыму). К тому классу можно отнести перенесенные на новое место храмы Абу-Симбела в Египте: чтобы избежать затопления подземных храмов Асуанским водохранилищем, вмещающий их массив пород распилили на блоки и перенесли его на новое место.

ГВ-АС. Каменоломни в Канзас-Сити разрабатываются специально таким образом, чтобы размещать в выработках различные службы (склады, офисы и т.п.).

ГВ-ОП. Горные выработки, сильно преобразованные естественными процессами, например, гравитационными.

ГВ-КП. К этому классу можно отнести некоторые участки рудников, в которых производится частичное заполнение выработанного пространства бетоном и другими закладками.

ОП-АС. Оказионная полость, преобразованная в АС.

ОП-ГВ. Добыча полезных ископаемых в ОП.

ОП-КП. Конструкционное сооружение, построенное в ОП.

КП-ГВ. Выработки в массивных сооружениях (египетских пирамидах), в которых, как из горы, добывали камень.

КП-АС. Кладоискательские штольни в египетских пирамидах.

КП-ОП. Карстовые полости в толще массивного сооружения, построенного из известняка.

СС. Разрушаемое гравитационным дрейфом архитектурное сооружение, созданное на основе горной выработки.

5. Комбинированные подземные сооружения

Комбинированные подземные сооружения (КПС) состоят из объемов разного назначения, иногда совершенно независимо возникших, в том числе и естественных, соединенных между собой. Классификация внутри надкласса КПС производится путем выделения полостей, состоящих из парных объемов различных классов и типов: АС комбинированное с ГВ (АС+ГВ); ГВ комбинированное с естественной пещерой (ГВ+ЕП) и т.д. (см. табл. 1); полости, сочетающие в себе объемы многих классов, называются сложные комбинированные (СК).

Приведем некоторые (не исчерпывающие) примеры.

АС+ГВ. Пройденные из выработок угольной шахты во вмещающей породе камеры для размещения ремонтных мастерских.

АС+ОП. Включает в себя, в частности, такие объекты, как испытательные ядерные штольни, ведущие в камуфлеты ядерных взрывов.

АС+КП. Полости этого класса существуют в пирамидах. Погребальные комплексы под пирамидами обычно вырубались в материковой породе подземным способом, а затем (или одновременно) над ними возводилась наземная постройка с КП.

ГВ+ОП. Горная выработка, вскрывшая ОП.

ГВ+КП. Горная выработка, пройденная из подвала здания.

КП+ОП. Массивное сооружение с ходами, открывающимися в ОП.

АС+ЕП. Представлены многочисленными примерами вскрытия естественных полостей гидротехническими туннелями и транспортными тоннелями.

ГВ+ЕП. Естественная пещера, вскрытая горной выработкой.

КП+ЕП. Массивное сооружение с ходами, открывающимися в естественную пещеру.

ОП+ЕП. Редкий пример сочетания ОП+ЕП, возможно, представляет собой пещера Фата-Моргана (Туркменстан). Во вмещающем ее блоке производится добыча серы методом ликвации, причем некоторые скважины выходили в ЕП; вероятно, ликвационные полости, существование которых на Гаурдакском месторождении установлено исследованиями также могут иметь с ней соединения.

СК. Говоря о классе СК, нельзя не упомянуть об Одесских Катакомбах, представляющих собой сложное сочетание ГВ (пильные каменоломни и разведочные выработки), АС (военные бункера, хозяйственные подземелья, дренажи и водоводы и т.д.), ОП (полости гравитационного дрейфа) и ЕП (карстовые пещеры), пересекающихся между собой в самых причудливых комбинациях.

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА:

[1] «Искусственому происхождению» можно дать два определения – во-первых, созданное в результате деятельности разумного существа (мягкий вариант), или, во-вторых, созданное при помощи инструментов (жесткий вариант). Мы используем «мягкое» определение.

[2] Хотя бы на этапе сооружения.

[3] Т.е. предметом изучения спелестологии являются макрополости.

[4] Использование «жесткого» определения искусственности (создание посредством инструментов) исключает этот класс из числа спелестологических объектов.

[5] Для конструкционных полостей характерен такой способ возведения, как закладка; засыпка характерна для засыпных АС и ОП.

[6] Засыпкой и закладкой ГВ создаваться не могут. Исключением из правила кажутся полости подмосковных каменоломен, представляющие собой ходы в искусственной закладке-забутовке, или выработки рудников, которые заполняются твердеющей закладкой и образуют искусственный целик с сохранившимися ниже объемами. Однако сами эти полости образовались в результате разработок, произведенных горной проходкой, а изменение их конфигурации закладкой – процесс вторичный.

[7] Погребальные АС предназначены для захоронения умерших людей; помимо практической потребности избавления от трупов, они служат для исполнения погребальных обрядов, тесно связанных с религиозными культами.

[8] Ю.Ю. Шевченко выделяет три разновидности монастырских подземных сооружений. Во-первых, это полисная святыня, представляющая собой лабиринт сооружений разнообразного назначения: здесь жили (в кельях), молились (в церквях) и обретали последнее пристанище (в локулах). Эта разновидность монастырей родилась в запутанных лабиринтах и подземельях гробниц фараонов и заупокойных храмов Египта, использовавшихся основателями христианского монашества. Во-вторых, катакомбные святыни, функционально соответствующие комплексам катакомб Рима, где располагались раннехристианские храмы и кладбища, но неизвестны келии – комплекс включает в себя храм и некрополь, но не используется для жилья. Третью разновидность – жилые пещеры анахоретов мы относим к отдельному виду пещерам отшельников.

[9] Грунтовые склепы изначально сооружались под землёй (эскавационные АС), в то время как курганные представляют собой гробницу с впоследствии насыпанным покрывающим курганом (засыпные АС).

[10] Термин некрополь следует относить к совокупности отдельных захоронений.