История разработки и претворения в жизнь первого проекта Московского метрополитена открывает летопись его строительства. Разработка проекта городской подземной электрической железной дороги в Москве в чрезвычайно неблагоприятных гидрогеологических условиях, при тесно застроенной городской территории, густой сети подземных сооружений и коммуникаций, интенсивном уличном движении представляла собой крайне сложную инженерную проблему. Зарубежный опыт подземного строительства в городах мог быть использован лишь частично, так как при сооружении линий метрополитенов в других странах подобные трудности встречались не в таких масштабах и сочетаниях. В ходе проектирования советские инженеры вели творческие поиски новых эффективных решений по целому ряду наисложнейших вопросов строительства, транспорта, градоустройства, архитектуры, экономики,эксплуатации и т. п.
Основная задача заключалась в том, чтобы создать новую транспортную систему, которая удовлетворяла бы потребности в перевозках городского населения и отвечала бы более высоким требованиям безопасности, комфорта и качества, чем принятые за рубежом. Прежде всего была начата перспективная разработка схемы сети метрополитена, которая проектировалась в непосредственной связи с архитектурным планом развития столицы, исходя из исторически сложившейся радиально-кольцевой системы городской планировки. Линии метрополитена трассировались по направлениям наиболее напряженных уличных артерий, проходящих через центр города, и по кольцевой магистрали. Они должны были обеспечивать транспортную связь между городскими вокзалами, крупнейшими предприятиями и жилыми массивами. Общая протяженность линий первоначальной сети предположительно составляла 80,3 км.
Линия первой очереди метрополитена протяженностью 11,6 км включила участки Сокольники — Крымская площадь длиной 8,9 км и «Станция имени Коминтерна» (ныне «Калининская») — Смоленская площадь длиной 2,7 км. На основе изысканий и инженерно-геологических исследований был разработан первый вариант эскизного проекта тоннелей мелкого заложения. Тоннели должны были пройти в разнообразных напластованиях глинистых, преимущественно слабых, неустойчивых водонасыщенных грунтов плывунного характера. Необходимо было укрепить основания и фундаменты зданий, осуществить перекладку сооружений подземного хозяйства.
Для изучения особенностей сооружения тоннелей закрытым способом в натурных условиях на Русаковской улице, вблизи Митьковского железнодорожного путепровода, был заложен опытный участок. Работы велись с применением способа опертого свода при временном деревянном креплении. Постоянная обделка тоннеля выполнялась из бутовой кладки на цементном растворе. В процессе проходки штольневых выработок возникла осадка поверхности земли и лопнула труба водонапорной магистрали, что привело к затоплению выработок. Кирпичное здание, расположенное рядом с трассой, получило деформации. Уроки строительства опытного участка показали, что проходка тоннелей мелкого заложения даже в устойчивых моренных породах сопряжена с опасностью серьезных повреждений расположенных поблизости сооружений.
Несмотря на то что на некоторых участках трассы начались работы по раскрытию котлованов для возведения тоннельных конструкций, было внесено предложение, отвергающее вариант проекта, предусматривающий строительство тоннелей мелкого заложения. В предложении доказывалась необходимость глубокого заложения тоннелей и станций метрополитена в коренных устойчивых породах, что позволяло бы вести сооружение метрополитена без нарушения нормальной жизни города. Было предложено использовать щитовой способ строительства и возводить сборную обделку из железобетонных блоков.
Среди ученых и инженеров развернулась дискуссия по вопросу глубины заложения тоннелей метрополитена. Этот вопрос рассматривался в МГК ВКЩб) и в Моссовете. Было принято решение о срочной разработке к 16 мая 1932 г. второго варианта проекта строительства метрополитена, основанного на глубоком заложении перегонных и станционных тоннелей. Группа специалистов Метростроя в семидневный срок разработала новый вариант эскизного проекта, который был своевременно представлен в МГК ВКП(б) и в Моссовет.
Для оценки обоих вариантов проекта линии метрополитена было принято решение провести их экспертное рассмотрение в период с июня по сентябрь 1932 г. С этой целью были созданы советская, а также германская, французская и английская экспертные комиссии. В составе советской комиссии было образовано четыре секции, в которые вошли крупнейшие специалисты и видные ученые: в секцию геологии и гидрогеологии — профессора А. В. Бобков, П. И. Бутов, Ф. П. Саваренский и другие; в горную секцию — профессора А. М. Терпигорев, А. А. Скочинский, П. М. Цимбаревич, Г. И. Маньковский, В. Д. Слесарев и другие; в строительную секцию — профессора А. В. Ливеровский, Н. Н. Давиденков, В. М. Келдыш, А. Н. Пассек и другие; в транспортную секцию — профессора Л. В. Белоусов, В. Н. Образцов, Н. А. Лепешинский и другие. Возглавлял советскую экспертную комиссию выдающийся ученый академик И. М. Губкин.
В процессе работы комиссий выяснилось, что иностранные специалисты в своих оценках исходили из известного им опыта проектирования и строительства метрополитенов методами, утвердившимися в каждой из стран. Так, участники германской комиссии предлагали проектировать для Москвы метрополитен мелкого заложения при использовании способа работ, требующего вскрытия дневной поверхности и широко применяемого при сооружении метрополитена в Берлине. Французские специалисты считали целесообразным разработать для Москвы проект тоннелей среднего заложения, сооружаемых закрытым горным способом, при временном деревянном креплении, с постоянной обделкой из бутовой кладки на цементом растворе. Члены английской комиссии полностью поддерживали проект глубокого заложения перегонных и станционных тоннелей, сооружаемых щитовым способом с обделкой из чугунных тюбингов, как в Лондонском метрополитене.
Иностранные эксперты подтвердили правильность основных положений, принятых в представленных вариантах проекта линии первой очереди Московского метрополитена, однако их рекомендации были односторонними и не могли быть в полной степени использованы для целей дальнейшего проектирования.
Советская комиссия всесторонне изучила основные аспекты проекта. В результате был сделан ряд основополагающих выводов и даны рекомендации по многогранному комплексу вопросов проектирования тоннельных сооружений метрополитена. На этой основе оказалось возможным уверенно вести дальнейшие разработки.
Учитывая топографические, инженерно-геологические, градостроительные и транспортные условия, а также данные технико-экономических расчетов и особенности эксплуатационных требований, советская экспертная комиссия сделала вывод о необходимости проектирования тоннелей как глубокого, так и мелкого заложения.
Для участков линии между станциями «Красные ворота» (ныне «Лермонтовская») и «Библиотека имени Ленина», «Комсомольская» и «Красные ворота», «Библиотека имени Ленина» и «Дворец Советов» (ныне «Кропоткинская») были рекомендованы глубокое заложение тоннелей и закрытый способ производства работ. Строительство тоннелей между станциями «Сокольники» и «Комсомольская», а также «Дворец Советов» и «Парк культуры» было рекомендовано вести открытым способом. В дальнейшем при сооружении Арбатского радиуса было принято решение вести проходку на ряде участков между. «Станцией имени Коминтерна» (ныне «Калининская») и станцией «Смоленская» непосредственно под домами траншейным способом.
В конце 1932 г. наступил новый ответственный этап проектирования — разработка технического проекта и составление рабочих чертежей. На трассе начались проходка шахтных стволов, подходных подземных выработок, оборудование горных комплексов и т. д.
В эти дни к начальнику Метростроя Павлу Павловичу Ротерту приехал с визитом известный английский писатель Герберт Уэллс, который чрезвычайно интересовался вопросами проектирования и строительства метрополитена для Москвы. Он крайне скептически отнесся к возможности решить задачу собственными ресурсами, в частности без английских щитов и тюбингов. Уэллс назвал планы строительства московского метро попыткой с негодными средствами, чуть ли не советской утопией. П. П. Ротерт убедительно доказал писателю, что каши проекты не утопия, а воплощающаяся в жизнь реальность, пригласил его спуститься в забои тоннелей, которые сооружают по трассе. Хотя Уэллс заявил, что с удовольствием принимает любезное приглашение, однако не воспользовался им.
Никакие доводы иностранных специалистов не могли изменить смелого и решительного курса на создание наиболее совершенного технического проекта первенца советского метростроения. По всей трассе развернулись геологоразведочные работы. Велись изыскания и научные исследования, связанные с проектированием и решением производственных проблем.
Впервые в нашей стране проектировался сложный комплекс тоннельных сооружений, включавший подземные станции крупных сечений, эскалаторные, перегонные однопутные и двухпутные, подводные тоннели, раструбы, переходные камеры переменного сечения, камеры вентиляции, санитарно-технических и электротехнических устройств и т. п. Проектирование этих сооружений требовало творческих поисков, создания разнообразных видов подземных конструкций и методов работ, обусловленных необходимостью преодоления природных трудностей, не имевших прецедентов в зарубежной практике.
К решению ответственных задач, возникавших в ходе проектирования сооружений метрополитена, необходимо было привлечь широкие круги научной и инженерно-технической общественности Советского Союза. Огромную роль сыграл специально организованный Комитет научно-технического содействия Метрострою под председательством академика Г. М. Кржижановского.
Обсуждению развернутого плана деятельности комитета предшествовало сообщение Г. М. Кржижановского, который отметил: «Всем ясно, что мы здесь имеем дело с таким сооружением практического значения, которое важно не только для Москвы, но и для всей нашей страны. Это строительство такого масштаба, что на него обращено внимание не только нашей страны, но и всего мира. Трудности, конечно, у нас большие, но мы должны еше помнить, что мы находимся в обстановке, когда надо экономить и средства и силы, поэтому задача инженеров — подойти к этому вопросу не только с точки зрения технического решения вопросов, но и с точки зрения экономической».
Комитет оказал огромную научно-техническую помощь проектировщикам и строителям метро. Трудами таких крупнейших ученых, как А. А. Скочинский, А. М. Терпигорев, Н. Н. Давиденков, В. М. Келдыш, А. В. Ливеровский, В. Л. Николаи, А. Н. Пассек, П. П. Ро-терт, Ф. П. Саваренский, П. М. Цимбаревич и другие, были заложены научные основы, определившие направления развития отечественного метростроения. Особая роль в проектных работах принадлежит первому начальнику и главному инженеру Метростроя П. П. Ротерту, предложившему целый ряд исключительно ценных ключевых инженерных решений, оказавших определяющее влияние на ход проектирования метрополитена и эффективность его строительства.
Основные идеи и концепции, предложенные и разработанные советскими учеными и инженерами и принятые для проектирования, были успешно реализованы в процессе строительства. Большое горное и гидростатическое давление при значительном притоке грунтовых вод, разнообразные напластования неустойчивых водонасыщенных отложений пород, эродированных подземными староречьями, диктовали необходимость применения специальных технических средств, создания эффективных методов работ.
С исключительными трудностями была связана задача сооружения наклонных эскалаторных тоннелей с обделкой из чугунных тюбингов. Впервые в практике метростроения было предпринято бурение наклонных замораживающих скважин. При этом значительных отклонений от проектного положения не наблюдалось. Таким образом создавали замкнутый льдогрунтовый цилиндр для защиты выработки от прорыва в нее окружающих водоносных неустойчивых грунтов в период проходки. Успешное проведение работ методом наклонного замораживания позволило в дальнейшем широко применять его в отечественном метростроении.
Для участка трассы протяженностью 81 м, пересекающего мощную толщу плывунов, был разработан и реализован проект опускания с поверхности земли трех кессонов-тоннелей длиной 25 м. Железобетонные конструкции кессонов массой 5 тыс. т каждая были опущены под сжатым воздухом при давлении 2 атм до проектной отметки на известняк.
Сооружение двух перегонных тоннелей через плывунные отложения, заполнявшие подземное староречье реки Неглинной под Театральной площадью (ныне площадь Свердлова), было запроектировано впервые в Советском Союзе с применением проходческих щитов под сжатым воздухом, с устройством сборной обделки из железобетонных блоков и внутренней гидроизоляционной оболочки. При рассмотрении этого проекта иностранные эксперты утверждали, что скорость щитовой проходки тоннеля в указанных условиях не превысит 0,75 м/сут. Однако метростроевцы комсомольской шахты № 12 достигли скорости 4,5 м/сут.
Американский инженер Джордж Морган вынужден был признать: «Мои расчеты в отношении грунта, самого щита, давления сжатого воздуха подтвердились, но я недооценил человеческий материал — я ошибся в людях. Я должен отметить смелость и энергию молодежи, работавшей под давлением 2,3 атм в смешанных грунтах (плывуны в кровле и известняки в основании — наихудшая комбинация для проходческих работ). Они шли вперед, не уменьшая скорости и не ослабляя борьбы за качество готового тоннеля».
Приведенные примеры далеко не исчерпывают круга сложнейших проблем, решение которых стало вехами истории строительства целого ряда тоннельных объектов и сооружений линий первой очереди Московского метрополитена. Часто, несмотря на тщательность разработки проектов и творческую инициативу строителей, возникали неожиданные ситуации, связанные с непредвиденными трудностями. В этих случаях проектировщики и производственники вносили коррективы в проекты, иногда изменяя их коренным образом, изыскивали и внедряли эффективные технические средства. В процессе проектирования и строительства формировались новые идеи, создавались высокопроизводительные методы работ.
Проектирование линий первой очереди метрополитена велось силами коллектива института Метропроект, организованного в 1932 г. на базе технического отдела Метростроя. Активно участвовали в проектировании В. Л. Николаи, И. С. Шелюбский, А. Д. Алексеев, Г. В. Арбузов, В. И. Бутескул, В. П. Волков, И. В. Гликин, Г. С. Голомбик, В. А. Гольберт, А. М. Горьков, А. Ф. Денищенко, С. И. Жуков, Я. Л. Капланский, Н. А. Кабанов, И. К. Катцен, Н. М. Комаров, В. Л. Маковский, А. И. Пирожкова, А. X. Поляков, В. А. Ратнер, М. А. Рудник, Р. А. Шейнфайн и другие.
Использование для станций метрополитена массивных несущих конструкций потребовало выразительных архитектурных и художественных средств. Все должно было способствовать преодолению пассажирами ощущения, что они находятся под землей. Одна из основных задач проектирования — создание максимального комфорта для пассажиров. Эти требования послужили основой для формирования архитектуры подземных сооружений. Были организованы конкурсы архитектурных проектов с привлечением лучших архитекторов нашей страны.
Сооружение линий первой очереди Московского метрополитена осуществлялось невиданными в истории подземного строительства темпами. Только за 1934 г. было выполнено 85% физического объема основных работ, что в 3 раза превышало скорость строительства линий метрополитенов за рубежом.
Первая линия метрополитена была введена в эксплуатацию 15 мая 1935 г. В канун ее пуска состоялось торжественное заседание Московского Совета депутатов трудящихся, на котором присутствовали члены Политбюро ЦК, ВКП(б) и Советского правительства. Среди приглашенных были и иностранные специалисты, принимавшие участие в экспертном рассмотрении проекта. Они подтвердили, что запроектированный и сооруженный советскими специалистами без иностранной помощи Московский метрополитен по своим строительным, архитектурным и эксплуатационным качествам является лучшим в мире.