Первые станции метро по всему миру строились исключительно открытым методом (то есть выкапывался котлован, прокладывались тоннели, котлован закрывался и засыпался грунтом) либо же вообще находились на поверхности. Забавно, кстати, что по-английски открытый метод так и называется – cut-and-cover, то есть «срезать и накрыть». Закрытый метод подразумевает использование тоннелепроходческого комплекса, то есть щита. Сам тоннелепроходческий щит изобрёл, построил и эффективно использовал великий британский инженер Изамбард Брюнель ещё в 1825 году при прокладке тоннеля под Темзой. В 1880-е годы всё в том же Лондоне этим методом впервые построили линию глубокого заложения. К метро она отношения не имела, это была открытая в 1890 году железная дорога Сити и Южного Лондона (City and South London Railway, C&SLR), которая частью своего маршрута также проходила под Темзой. На первых порах на C&SLR было всего шесть станций, но впоследствии она разрослась и присоединилась к общей системе метрополитена – сегодня это часть Северной линии. Существует ещё ряд технологий, относящихся к закрытому методу, где не используется проходческий щит, но они появились гораздо позже.

Поначалу в мировой практике были лишь единичные случаи использования закрытого метода – когда стояла задача проложить тоннель, не затрагивая историческую застройку, или пройти под рекой. Везде, где это было возможно, планировались станции неглубокого заложения с максимально упрощёнными строительными технологиями.

Конечно, всегда существовала проблема топологии: чаще всего глубокое заложение обусловлено необходимостью проложить линию под холмом. Но строители старались обходить такие особенности рельефа, причём очень простым способом. Можно строить неглубоко: пусть под холмом станция будет иметь заложение в 15 метров, а где холма нет, линия просто пройдёт над землёй. Так делали и в Нью-Йорке, и в Париже, и в других городах, где сегодня можно прокатиться по надземной эстакаде метро и полюбоваться видами. Самые глубокие станции мира располагаются именно под холмами – это невероятная «Арсенальная» в Киеве (105,5 метра), «Парк Победы» в Москве (84 метра), Washington Park в Портленде (79 метров). По средней глубине метрополитена лидирует Санкт-Петербург, но это обусловлено не холмистостью местности, а тем, что город стоит на болотах и стабильная почва начинается на значительной глубине.

Неглубоко расположенная станция держит на себе относительно небольшой слой почвы плюс дома, дорожное покрытие и инфраструктурные сооружения. Поэтому количество технических решений, которые можно применить при строительстве станции мелкого заложения, очень велико. Большинство таких станций – колонные (вообще, колонные мелкого заложения – это самый распространённый в мире тип станций), то есть их перекрытие имеет дополнительные опоры – колонны, расположенные в один ряд (двухпролётная станция) или в два (трёхпролётная станция). Также бывают однопролётные станции – они аналогичны колонным, перекрытие у них балочное, но опор и нескольких станционных залов на таких станциях нет, вся станция представляет собой единое пространство. Такие станции надо отличать от односводчатых – их свод монолитно переходит в стены.

Но чем глубже станция, тем больше давление и тем выносливее должны быть её несущие конструкции. Подходы, используемые на станциях мелкого заложения, на глубине применить нельзя. Например, однопролётная станция глубокого заложения в принципе невозможна. В связи с этим первые станции глубокого заложения были пилонными. Пилонная станция представляет собой три независимых тоннеля (станционный зал и собственно боковые тоннели), соединённых проходами. Обделки тоннелей независимы друг от друга, если обрушится один, с остальными ничего не случится. Визуально это выглядит как система толстых «колонн» (пилонов) – таких станций множество в Москве («Охотный Ряд», «Смоленская» Арбатско-Покровской линии и т. д.). Основная их проблема – обилие узких проходов и низкая пропускная способность.

При строительстве метрополитенов в Москве и Санкт-Петербурге инженеры разработали целый ряд новых систем, которые ранее не применялись нигде в мире.

Генеральный план реконструкции Москвы, утверждённый в 1935 году, включал в том числе строительство станции метро под Триумфальной площадью. Проектное название её несколько раз менялось: сначала это была «Триумфальная площадь», затем «Площадь Маяковского», и, наконец, появилось знакомое всем нам название «Маяковская». С самого начала главный архитектор станции Самуил Кравец хотел сделать лёгкое, красивое пространство, подразумевавшее колонную структуру. При этом в соответствии с техническим проектом станция закладывалась на глубине более 30 метров, что делало её станцией глубокого заложения и требовало пилонной конструкции.

Проект Кравца был отклонён комиссией, а приняли в итоге проект другого архитектора – Алексея Душкина, который выдержал станцию в духе ар-деко, сохранив при этом требуемую лёгкость. Перед инженерами встала непростая задача: им впервые в истории предстояло спроектировать колонную станцию глубокого заложения.

Начальником конструкторского отдела Метропроекта на тот момент был Михаил Абрамович Рудник, а его заместителем по станциям глубокого заложения – Роберт Шейнфайн. Под началом Шейнфайна было три отдела; разработку необычной станции поручили отделу инженера Гринзайда. К слову, в группе Гринзайда по программе обмена опытом работали двое американских специалистов. Начальный проект станции делался без непосредственного контроля Душкина, и, когда тот увидел его на финальной стадии, был очень недоволен. Инженеры поставили между опорами среднего свода мощные стальные распорки, призванные увеличить площадь, – это сводило на нет лёгкость станции и выносило на всеобщее обозрение технические элементы (как принято в американском метро). Проблема усугублялась тем, что строительство уже шло полным ходом и половина распорок была установлена.

Альтернативную конструкцию предложила Антонина Пирожкова, инженер из группы Гринзайда. Её проект подразумевал равнопрочную конструкцию с внедрением железобетонных плит, берущих на себя нагрузку, лежавшую на распорках. Шейнфайн и Гринзайд резко воспротивились (а Пирожкова к тому же была «молодым специалистом»), но Душкину идея понравилась, к тому же она получила одобрение знаменитого мостостроителя профессора Николая Стрелецкого и начальника строительства Иллариона Гоциридзе. В итоге проект Пирожковой, не подписанный никем из инженерной группы, пошёл в работу, распорки выбили, и станция приняла современный облик.

Воздушная «Маяковская» была открыта 11 сентября 1938 года и стала выдающимся памятником московской архитектуры. Годом позже проект получил Гран-при на Всемирной выставке в Нью-Йорке. Гринзайд этого не увидел: в 1937 году его арестовали за шпионаж, поскольку он оказался единственным в конструкторском отделе человеком, знавшим английский язык (замечу, что впоследствии он был оправдан, вышел на свободу и работал над залами станции «Электрозаводская»). Антонина Пирожкова стала выдающимся инженером-конструктором, преподавала в МИИТе, написала учебник по строительству тоннелей. Репрессии коснулись и её: в 1939 году в Переделкино был арестован её муж, знаменитый писатель Исаак Бабель (о его расстреле в 1940-м она узнала только после смерти Сталина). Технологии, использованные при строительстве «Маяковской», впоследствии нашли применение в других колонных станциях глубокого заложения.

Не менее интересный тип станций впервые появился в Ленинграде в 1961 году – знаменитый «горизонтальный лифт», или станция закрытого типа. Вопреки широко распространённому заблуждению, сегодня такие станции есть не только в Петербурге, но и в других метрополитенах: в Токио, Ченнаи, Куала-Лумпуре, Сеуле и т. д.

В принципе станция закрытого типа – это разновидность пилонной или колонно-стеновой (то есть колонной, в которой часть пролётов заменена стенами). Но в такой станции нет посадочных платформ как таковых – в боковых тоннелях расположены только пути для поездов. Центральная же платформа отделена от тоннелей дверьми, расположенными таким образом, что при остановке поезда двери вагонов с ними совпадают. Двери поезда и станции открываются одновременно, как в лифте, – отсюда и название «горизонтальный лифт».