Подземное строительство

Подземное строительство - возведение подземных сооружений.

Растущий  в мире интерес к освоению подземного пространства в значительной мере обусловлен положительными качествами подземных  сооружений. Использование подземного пространства для размещения объектов различного назначения, помимо повышения  эффективности использования недр, экономии территории и сохранения экологической  чистоты, позволяет уменьшить затраты  энергии на отопление и охлаждение помещений, сократить эксплуатационные расходы по сравнению с расходами  на альтернативные сооружения на поверхности, снизить влияние климатических  условий.

Объекты, размещаемые  в подземных горных выработках, характеризуются  повышенной виброустойчивостью и акустической изоляцией по сравнению с наземными сооружениями. Эти свойства особенно благоприятны для размещения в подземном пространстве объектов, требующих полной акустической изоляции от внешней среды (станции геофизических наблюдений, студии звукозаписи, радио и телевидение, лаборатории и др.). Виброустойчивость подземных сооружений позволяет организовывать в подземных горных выработках производственные процессы, требующие полного отсутствия вибрации несущих и ограждающих конструкций. Способность породного массива защищать от внешних воздействий позволяет широко использовать подземные сооружения для укрытия людей от средств массового поражения и защиты от катастроф и стихийных бедствий. В подземных горных выработках соляных шахт лечат хронический бронхит, астму и другие заболевания. В подземных горных выработках и пещерах размещают театры, церкви и концертные залы. Особого внимания заслуживают подземные объекты для следующих целей: водоснабжения, хранения нефти, нефтепродуктов и различных видов горючего газа.

В современных  условиях перспективным является строительство  подземных атомных электрических  станций как одного из направлений  развития энергетики и обеспечения  безопасности использования ядерной  энергии.

В связи с  тем, что в мире с каждым годом  накапливается все больше вредных  отходов различных производств, остро встал вопрос их захоронения  в подземном пространстве.

Во многих странах интенсивно развиваются  прогрессивные направления подземного строительства. Так, например, подземные  железные дороги, скоростные трамваи  и метрополитены, подземные гаражи и автостоянки позволяют уменьшить  последствия перенаселенности больших  городов, высвободить площади для  жилой застройки на поверхности  земли и создания дополнительных городских зон отдыха. Глубокие подземные  тоннели инженерных систем больших  городов позволяют использовать их для различных целей (устройство канализации, водопровода, сбор ливневых вод, транспорт) и на этой основе обеспечить современную систему жизнеобеспечения при освоении подземного пространства городов.

Области применения строительство подземных сооружений ведётся в возрастающих масштабах в большинстве промышленно развитых стран, что объясняется экономичностью подземного строительства, по сравнению с наземными, технической или производственной необходимостью, градостроительными условиями, соображениями военного характера и т.д. Подземное расположение сооружений целесообразно в районах с неблагоприятными климатическими условиями (резкие перепады температуры воздуха, ураганные ветры, длительные ливни, селевые потоки), крутым рельефом местности. Значительное развитие строительства подземных сооружений получило в горнодобывающей промышленности.

По назначению подземные сооружения условно подразделяются на несколько основных групп:   -транспортные и гидротехнические тоннели

-сооружения  метрополитена

-электростанции (главным образом ГЭС)

-базисные  склады и холодильники

-объекты  городского хозяйства (пешеходные переходы, гаражи, коллекторы и т.п.)

-резервуары для питьевой воды, нефте- и газохранилища, ёмкости для захоронения вредных производственных отходов

-промышленные  предприятия

-лечебные  учреждения

-военные объекты

Особую группу составляют подземные сооружения шахт, располагаемые в околоствольном дворе (электроподстанция, депо, станция водоотлива, медпункт и т.д.) или предназначенные для транспортной связи поверхностных сооружений с очистными забоями (шахтные стволы, капитальные штреки, штольни и т.д.).

Городские подземные  сооружения так же можно условно объединить в ряд групп:

-инженерно-транспортные (пешеходные и транспортные тоннели, автомобильные стоянки и гаражи, помещения вокзалов)

-сферы обслуживания (магазины, кафе, кинотеатры, выставочные залы, книгохранилища, архивы, холодильники, овощехранилища, автоматические телефонные станции и т.п.)

-сооружения  промышленного назначения и энергетики (отдельные цехи, лаборатории, котельные, тепловые станции и т.п.)

- инженерные сети и сооружения (газо- и трубопроводы, бойлерные, калориферные, трансформаторные и газораспределительные станции и др.)

В зависимости  от характера строительства подземных  сооружений выделяют четыре группы подземных  сооружений:

1. Проведение горных выработок по целевому проекту
2. Приспособление под объекты существующих горных выработок и естественных подземных полостей
3. Использование пористых геологических структур в недрах Земли
4. Комплексное освоение подземных пространств проведением горных выработок по целевому проекту и приспособлением ранее отработанных.

 

 

1. Классификация подземных  сооружений, созданных по целевому проекту

 

Основное назначение подземного сооружения	Вид подземной выработки	Размещаемые объекты
Добыча твёрдых полезных ископаемых	Штольни, штреки, камеры	Шахты по добыче угля, руды, нерудных ископаемых
Транспортные коммуникации	Тоннели, засыпные траншеи	Метрополитены, железнодорожные, автомобильные тоннели.Гидротехнические тоннели, трубопроводы
Размещение объектов электроснабжения, теплоснабжения	Камеры больших размеров, тоннели	ГЭС, ТЭС, АТЭС
Размещение хранилищ питьевой воды и  сооружений для очистки сточных  вод	Камеры больших размеров, тоннели	Резервуары питьевой воды, заводы по очистке сточных вод
Размещение объектов городского хозяйства	Котлованы и траншеи с последующей  засыпкой	Торговые центры, вокзалы, гаражи, пересадочные узлы, пешеходные переходы, рестораны, кинотеатры, телефонные станции
Размещение объектов военного назначения	Стволы, штольни, камеры, котлованы с  засыпкой	Стартовые комплексы ракет, долговременные командные пункты, убежища, склады и  др.

 

 

2. Классификация  подземных сооружений, созданных  путем приспособления существующих  горных выработок и естественных  полостей

 

Основное назначение подземного сооружения	Вид подземной выработки	Размещаемые объекты
Размещение предприятий по производству продуктов питания	Горные выработки отработанных шахт	Заводы шампанских вин, предприятия  по выращиванию грибов, овощей, других плодов, бройлерные птицефабрики и  др.
Склады-хранилища различных товаров	Горные выработки известковых, гипсовых, соляных шахт	Склады товаров
Размещение хранилищ скоропортящихся  пищевых продуктов	Горные выработки известковых, гипсовых, соляных шахт. Горные выработки в  вечной мерзлоте	Холодильники для хранения продуктов  питания
Размещение лечебных учреждений	Горные выработки соляных шахт, карстовые пещеры	Специализированные больницы и санатории
Размещение объектов туризма	Пещеры	Туристические комплексы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Классификация подземных  сооружений, размещённых в в недрах Земли в пористых геологических структурах

 

Основное назначение подземного сооружения	Вид подземной выработки	Размещаемые объекты
Размещение хранилищ жидких и газообразных полезных ископаемых и их продуктов	Истощённые газовые и нефтяные пласты, пористые водоносные структуры, горные выработки	Крупные хранилища нефти, природного газа, нефтепродуктов, сжиженного газа
Захоронение вредных отходов производства	Горные выработки шахт, отработанные пласты-коллекторы, пористые структуры  в плохопроницаемых породах	Хранилища отходов радиоактивных  веществ, отходов химической промышленности

 

 

4. Классификация подземных  сооружений, созданных в ранее  отработанных горных выработках и выработках по специальному проекту

 

Основное назначение подземного сооружения	Вид подземной выработки	Размещаемые объекты
Размещение промышленных предприятий	Горные выработки шахт, специально пройденные камеры больших сечений, тоннели	Заводы точных приборов, электронного оборудования, машиностроения, военной  техники и др.
Размещение научно-исследовательских  объектов	Горные выработки шахт, специально пройденные камеры больших сечений, тоннели	Нейтринные и сейсмо- геофизические обсерватории, сейсмические станции и др.

 

Особое место  в городском подземном хозяйстве  занимают гаражи (часто многоэтажные). Вместимость подземных гаражей  может достигать нескольких тыс. автомобилей, глубина заложения  пола нижнего яруса — 15—25 м. Перспективны встроенные гаражи, размещаемые в  цокольных и подземных этажах жилых домов. Создаются проекты единой общегородской сети подземных гаражей и автостоянок (например, для Стокгольма, Парижа, Будапешта). Один из наиболее крупных градостроительных проектов — схема организации и использования подземного пространства Москвы, разработанная в 1971—1973.

 

Подземные хранилища  для нефтепродуктов, природного газа, питьевой воды отличаются от наземных крупными масштабами по вместимости (до нескольких млн. м3). Конструкции подземных резервуаров выполняются из бетона, железобетона, металла. При подземном хранении нефти и др. горючих веществ экономия от снижения испарения в короткий срок оправдывает дополнительные расходы на строительство резервуара . Подземные хранилища — наиболее эффективный способ захоронения непригодных для переработки вредных промышленных отходов атомного, химического, металлургического и др. производств. Для этого используют существующие соляные полости, заброшенные выработки шахт, строят резервуары в глинистых породах; промышленные стоки направляют через скважины в непригодные для использования водоносные горизонты.

 

Подземные промышленные объекты (например, насосные и компрессорные  станции, ямы доменных печей, кессоны  регенераторов мартеновских печей  и т.п.) строятся при неглубоком заложении. Большой глубиной заложения характеризуются  подземные заводы, которые начали сооружать за рубежом в 30-х гг. 20 в.; широкий размах их строительство  приобрело во время 2-й мировой  войны 1939—1945 — главным образом  в Германии и Японии (к 1945 в Германии насчитывалось 143 подземных завода).

Подземные лечебные учреждения располагают в выработках отработанных шахт, главным образом  соляных. Выработки большого поперечного  сечения (камеры) приспосабливаются  под палаты для больных, лечебные кабинеты и т.п. Целесообразность подземных  медицинских учреждений обусловлена  постоянством давления, влажности и  температуры воздуха, отсутствием  бактериальной флоры, солнечной  радиации, шума, естественной ингаляцией (благодаря насыщенности среды химическими  элементами), ограниченным воздействием магнитного поля. Это создаёт микроклимат, благоприятный, в частности, для  лечения лёгочных заболеваний (например, в СССР работает подземная лечебница  для больных бронхиальной астмой, размещенная на глубине 200 м в  соляном руднике около поселка  Солотвина в Закарпатье).

Pазличают закрытые и открытые  способы подземного строительства.

Bыбор способа подземного строительства  зависит от:

-инженерно- геологических условий, в которых располагаются объекты, изменяющихся в большом диапазоне (от плывунов до крепчайших скальных грунтов)

- глубины заложения, площади поперечного сечения (от 5 до нескольких тыс. м2)

-назначения объекта.

Закрытые (горн.) способы осуществляются c использованием буровзрывных работ, проходческих щитов или комбайнов; открытые способы подземного строительства - путём опускания готовых конструкций на заданные отметки.

Подземные сооружения строят открытым способом, методом опускного сооружения, либо в траншеях, под тиксотропными суспензиями. Подземные сооружения глубокого заложения и, в особых случаях, неглубокого (например, перегонные тоннели метрополитенов или городские коллекторы) строятся закрытым (подземным) способом.

При открытом способе строительства траншеи  и котлованы, как правило, закрепляют (горизонтальное крепление с распорками — в грунтах сухих и естественной влажности, и шпунтовое — в  неустойчивых водонасыщенных). строительство в открытых котлованах эффективно до глубин 7—10 м при обеспечении надёжного водопонижения.

Из способов строительства опускным сооружением  преимущественное распространение  получил метод опускного колодца. Прогрессивный способ строительства подземных сооружений — с опускным колодцем в тиксотропной рубашке, который даёт возможность сооружать колодцы больших диаметров. Успешно применяется принудительное регулирование опускания колодца при помощи системы домкратов, располагаемых по его периметру. Методом опускного колодца строят многоэтажные подземные гаражи, подземные сооружения на металлургических заводах и т.п.