Конспект лекций по дисциплине «проектирование и строительство подземных сооружений» для специальности «Шахтное и подземное строительство»

СОДЕРЖАНИЕ

Лекция №1. Состояние и перспективы освоения подземного пространства. 3

Лекция № 2-3. Классификация и конструкции подземных сооружений. 5

2.1. Классификация. 5

2.2. Конструкции подземных сооружений. 6

2.2. Промышленно-технологические сооружения 8

2.3. Сооружения гражданской обороны 9

2.7. Заглубленные жилые дома 11

Лекция 4. Горный массив, свойства, геомеханические процессы. 13

1. Механические свойства горных пород. 13

2. Геомеханические процессы. 16

Лекция 5. Общие принципы проектирования подземных сооружений. 20

1. Классификация расчетных схем. 21

2. Примеры выбора расчетных схем. 21

3. Общие требования к проектированию. 22

Лекция № 6. Проектирование опускных колодцев. (Определение нагрузок на конструкции опускного колодца). 24

1. Исходные данные для проектирования. 24

2. Нагрузки и воздействия. 24

3. Расчет колодца. 26

4. Примеры расчета. 26

Лекция №8. Определение нагрузок на сооружения, возводимые горными способами. 28

Лекция № 9. Котлованный и траншейный способы строительства подземных сооружений. 31

1. Обеспечение устойчивости стен котлована. 31

2. Земляные работы в котловане. 33

3. Дренаж и водоотлив. 34

Лекция №10. Технологические схемы строительства подземных сооружений методом «стена в грунте». 35

Лекция №11. Технология строительства подземных сооружений методом «опускного колодца». 38

Лекции №13, 14. Закрытые способы строительства подземных сооружений. 42

Лекция №1. Состояние и перспективы освоения подземного пространства.

Подземное строительство имеет почти столь же долгую историю, как история человечества. Первобытные люди использовали в качестве жилищ естественные пещеры. Позднее, в бронзовом веке, появились выработки для добычи руд, драгоценных металлов и камней. Древние цивилизации Египта, Индостана оставили после себя впечатляющие памятники подземного зодчества – храмы, подземные лабиринты усыпальниц фараонов. В городе Петра (Иордания) до сих пор сохранились вырубленные в красном песчанике культовые сооружения и жилища. В римской империи подземное строительство достигло высокого уровня. До сих пор в Европе функционируют несколько дорожных и гидротехнических тоннелей, построенных руками рабов по проектам римских инженеров. Дренажный тоннель у озера Фучино (Италия) имеет длину 5,6 км и сечение 1,8З м.

Проходку тоннелей в скальных породах вели следующим образом. В забое тоннеля разжигался сильный костер, затем раскаленную грудь забоя поливали холодной водой. От сильных термических напряжений породы трескались на небольшую глубину и поддавались разборке ручным инструментом.

Подземное строительство продолжало развиваться и в Средние века. Системы оборонных сооружений крепостей и замков непременно содержали подземные ходы. При штурме Казани войска Ивана Грозного применили минный заряд, заложенный в штольне, которая была пройдена под городской стеной. Средневековые горные выработки, например соляные шахты Величка в Польше, удивляют современных инженеров своей устойчивостью, обязанной мастерству, «чувству камня» их строителей. Средневековые системы водоснабжения и канализации функционируют до сегодняшнего дня во многих городах Европы и Азии. Подземные пещеры Киево-Печерской Лавры свидетельствуют, что средневековая церковь считала подземное пространство вполне пригодным для жизни монахов, а не только обиталищем «нечистых сил».

Эпоха промышленной революции дала новые возможности для ведения подземного строительства – мощные взрывчатые вещества, механические способы бурения, погрузки, транспортирования пород. Одновременно возросли потребности в различного вида подземных сооружениях. Начиная с середины XIX века ведется строительство железнодорожных тоннелей: тоннель Мон-Сенис длиной 12850 м между Францией и Италией построен в 1875–71 гг., Сен-Готард длиной 14984 м – в 1872–82 гг. и Симгаюнский длиной 19780 м – в 1898–1906 гг. между Италией и Швейцарией. В России первый железнодорожный тоннель длиной 1280 м построен в 1868 г.; Сурамский тоннель длиной 3998 м, построенный в 1886–90 гг., до строительства Байкало-Амурской магистрали оставался самым длинным тоннелем СССР.

Широкое распространение получила подземная добыча угля, руд. Был построен даже ряд подземных тоннелей — каналов для пропуска судов через водораздельные участки, в том числе Ронский тоннель на водной магистрали Марсель – Рона (Франция) длиной 7118 м с размерами поперечного сечения 24,517,1 м.

С начала XX столетия возросла роль подземного строительства в урбанистике. Почти одновременно в ряде европейских столиц и крупнейших городах Америки прокладываются городские подземные транспортные артерии — метрополитен. С развитием военной авиации перед второй мировой войной в европейских городах приступили к строительству бомбоубежищ, а в Германии были построены подземные военные заводы.

В настоящее время, к рубежу XX и XXI столетий, подземные и заглубленные сооружения стали полноправным элементом городской застройки, присутствуют во многих технологических комплексах.

Подземные сооружения играют важную роль в охране окружающей среды, помогая сберегать поверхность земли. К достоинствам подземных помещений относятся защищенность от атмосферных воздействий, возможность поддержания желаемого температурного режима при низких энергетических затратах. Подземное помещение уменьшает или сводит к нулю связь размещенных в нем объектов с окружающей средой, поэтому там целесообразно размещать вредные и опасные производства.

Объем подземного строительства (без учета выработок горнодобывающей промышленности) в ряде развитых капиталистических стран характеризовался за последние десятилетия следующими цифрами, млн. м³:

Годы	Япония	США	Италия	Франция	Швеция
1960–70	90	40	40	30	20
1970-80	300	180	60	50	30

Учитывая малую численность населения Швеции, ее следует признать страной с самым интенсивным подземным строительством: за десятилетие (1970–80 гг.) там построено 4,5 м³ подземного пространства на каждого жителя. Общий объем подземного строительства в Швеции распределяется приблизительно следующим образом: электростанции – 50 %, транспорт (тоннели, гаражи) – 5 %, коммуникации – 5 %, нефтехранилища – 40 %.

Раздел «Подземные сооружения» курса «Основания, фундаменты и подземные сооружения» является новым для студентов специальности «Промышленное и гражданское строительство». В отличие от курсов «Подземные сооружения", читаемых в горных и гидротехнических вузах, в данном курсе наибольшее внимание уделено подземным сооружениям малого заглубления, являющимся элементами промышленных комплексов или городской урбанистики.