Скальные камеры
Несмотря на то, что в 1971 году в скальных породах были вырыты камеры для выполнения самых разнообразных функций, основным стимулом для их разработки послужили потребности гидроэлектростанций. Хотя основная концепция зародилась в США, где в 1898 году были построены первые в мире подземные гидроэлектростанции в расширенных туннелях на водопаде Сноквалм близ Сиэтла (штат Вашингтон) и на водопаде Фэрфакс (штат Вашингтон) в 1904 году, шведские инженеры развили эту идею до выемки больших камер для размещения гидравлических машин. После первых испытаний, проведенных в 1910-14 годах на заводе Порьюс к северу от полярного круга, Шведский государственный совет по энергетике построил множество подземных электростанций. Шведский успех вскоре распространил эту идею по Европе и всему миру, особенно в Австралии, Шотландии, Канаде, Мексике и Японии, где с 1950 года было построено несколько сотен подземных гидроэлектростанций. Швеция, имея большой опыт работы со взрывчаткой и горными работами, в целом благоприятные прочные породы, а также энергичные исследования и разработки, даже смогла снизить стоимость подземных работ до уровня, близкого к стоимости наземного строительства таких объектов, как электростанции, склады, насосные станции, нефтехранилища и водоочистные сооружения. Поскольку в Соединенных Штатах затраты на подземные работы в 5-10 раз выше, строительство новых подземных камер было возобновлено лишь в 1958 году, когда в Калифорнии была построена подземная гидроэлектростанция Хаас, а в Нораде — подземная гидроэлектростанция Норад.
При удачном расположении подземная гидростанция может иметь ряд преимуществ перед наземной, включая более низкую стоимость, поскольку некоторые элементы станции строятся проще под землей: меньший риск от лавин, землетрясений и бомбардировок; более дешевое круглогодичное строительство и эксплуатация (в холодном климате); сохранение живописной среды — доминирующий фактор в туристической зоне Шотландии, а теперь получивший признание во всем мире. Типичная схема включает в себя сложный комплекс туннелей, камер и шахт. Крупнейшая в мире подземная электростанция Черчилль Фоллс в канадской пустыне Лабрадор мощностью пять миллионов киловатт строилась с 1967 года, общая стоимость проекта составила около 1 миллиарда долларов. Построив плотину скромной высоты намного выше водопада и расположив электростанцию на глубине 1000 футов с тоннелем длиной в одну милю (tailrace tunnel) для сброса воды из турбин ниже по течению порогов, проектировщики смогли создать напор (высоту воды) в 1060 футов и в то же время сохранить живописный водопад высотой 250 футов, который, как ожидается, станет главной туристической достопримечательностью, когда несколько сотен миль дорог в дикой местности позволят общественности получить доступ к нему. Отверстия здесь впечатляющих размеров: машинный зал (собственно электростанция), пролет 81 фут, высота 154 фута, длина 972 фута; камера нагнетания, 60 футов, высота 148 футов, длина 763 фута; и два туннеля хвостовой части, высота 45 на 60 футов.
Большие скальные камеры экономически выгодны только в том случае, если скала может в основном поддерживать себя за счет прочной грунтовой арки с добавлением лишь небольшого количества искусственной опоры. В противном случае серьезная структурная поддержка большого проема в слабой породе обходится очень дорого. Например, проект Norad включал в себя пересекающуюся решетку камер в граните высотой 45 на 60 футов, поддерживаемую скальными болтами, за исключением одного локального участка. Здесь одно из пересечений камер совпало с пересечением двух извилистых сдвиговых зон трещиноватой породы, что привело к дополнительным затратам в 3,5 миллиона долларов на перфорированный бетонный купол диаметром 100 футов для защиты этой локальной зоны. На некоторых итальянских и португальских подземных электростанциях участки слабой породы потребовали аналогичной дорогостоящей облицовки. Хотя значительные дефекты горной породы более устранимы в обычном 10-20-футовом тоннеле, проблема настолько возрастает с увеличением размера проема, что наличие обширных слабых пород может легко вывести крупнокамерный проект за рамки экономической целесообразности. Поэтому геологические условия очень тщательно исследуются для проектов с горными камерами, при этом используется множество буровых скважин и разведочных штреков для определения дефектов породы, а также трехмерная геологическая модель для визуализации условий. Выбирается такое местоположение камеры, которое обеспечивает наименьший риск возникновения проблем с опорой. Эта цель была в значительной степени достигнута в гранитном гнейсе на водопаде Черчилль, где местоположение и конфигурация камеры были изменены несколько раз.
