книги из ГПНТБ / Мостков, В. М. Подземные сооружения большого сечения

Рис. 6. Подземный энергетический комплекс:

9 — распределительная подстанция;

10 — шинный ^туннель;

и— распределительный туннель

игидроаккумулирующей станции или тепловой и гидроаккумули­

рующей станций [61]. Такие комплексы (рис. 6) имеют существенные преимущества по сравнению с отдельно построенными станциями как

вчасти совмещения ряда сооружений, так и по условиям эксплуа­ тации. Экономичное строительство крупных подземных выработок

вэтих условиях приобретает первостепенное значение. Весьма перс­

пективной является возможность размещения сооружений ГАЭС и АЭС в отработанных горных выработках. Это позволит суще­ ственно сэкономить средства и время на строительстве таких элек­ тростанций.

В Западной Европе работает несколько АЭС, размещенных под землей. Основными преимуществами подземного расположения реак­ торов по сравнению с наземным, наряду с условиями противовоздуш­ ной обороны, являются повышение экономичности АЭС с одновре­ менным производством тепла и электроэнергии при расположении станции в непосредственной близости от большого города, а также более эффективная защита от радиоактивных уносов в атмосферу при аварии реактора (особенно в районах с сейсмической актив­ ностью). Реакторы и вспомогательное оборудование размещают в под­ земных камерах пролетом до 25 м и средней высотой до 50 м. При­ меры запроектированных и построенных подземных атомных стан­ ций с описанием их конструкций и определение области применения таких станций приведены в фундаментальной работе А. Н. Кома­ ровского [27].

В гидротехническом строительстве имеется много примеров сооружения туннелей большого сечения. В Советском Союзе по­ строено и строится более ВО гидротехнических туннелей пролетом 8 м и более, общей длиной 50 км. Характеристика ряда этих тунне­ лей приведена в табл. 9 [24, 44, 52 и др.].

20

Рис. 7. Входной портал туннеля строительных расходов Нурекской ГЭС

В строительстве отечественных гидротехнических туннелей боль­ шого сечения примерно 10 лет назад начался качественно новый этап, когда по проектам института Гидропроект приступили к рабо­ там по строительству крупнейших гидроэлектростанций: Нурекской на р. Вахш в Таджикистане с объемом подземной выломки 2,5 млн. м3 и бетона 1,1 млн. м3 и подземной Ингурской на р. Ингури в Гру­ зии с объемом выломки 3,2 млн. м3 и бетона 1,3 млн. м3, включая подземный машинный зал и напорный туннель диаметром 10,5 м, длиной 15 км. В те же годы началось строительство Токтогульской, Чарвакской, Вилюйской, Усть-Хантайской, Капчагайской и других ГЭС, в состав которых входят многочисленные туннели площадью 100 м2 и более. С помощью Советского Союза в АРЕ построены круп­ нейшие туннели высотной Асуанской плотины диаметром в свету 15 м, площадью выломки 240 м2, общей длиной 1700 м. На рис. 7 показан туннель строительных расходов I яруса Нурекской ГЭС пролетом в свету 12 м во время его эксплуатации. Большие заслуги

21

ца 9

Табли

520 Бетонная Галечники, валуны, извест- » Ц, няки, порфириты, / =

= 4-н 10

23

22

26

в области строительства крупных гидротехнических туннелей при­ надлежат Ордена Ленина Всесоюзному тресту Гидроспецстрой [40].

За последние 10 лет за рубежом также построен ряд крупнейших гидротехнических туннелей, в том числе в Пакистане на гидроузле Тарбела (4 тунпеля по 0,7—0,8 км, диаметром 17—18 м), в Канаде на ГЭС Мика (два туннеля по 1,1 км, сечением 15,3 X 15,3 м), в США на ГЭС Оровилл (два туннеля по 1,4 км, диаметром по 12,6 м) и Анжелос (туннель длиной 11 км, диаметром 10 м), в Норвегии на ГЭС Брокке (туннель длиной 27,3 км, пролетом 10,4 м и высотой

7,7 м) и др.

Гидротехнические туннели сооружают не только при строитель­ стве гидроэлектростанций.

В настоящее время в Мехико строится система канализационных туннелей площадью поперечного сечения 60 м2, общей протяжен­ ностью около 50 км. Туннели проходят на глубине от 30 до 50 м.

В Стокгольме закончено строительство подземной установки для очистки воды. В случае войны ее предполагают использовать как противоатомное бомбоубежище. Сооружение представляет собой 11 параллельно расположенных выработок длиной в среднем по 135 м, шириной по 10,6 м и высотой по 10 м.

При сооружении атомной электростанции Рингхальс в Швеции мощностью 3 млн. кВт, первые агрегаты которой введены в эксплуа­ тацию, построен гидротехнический туннель длиной 1,5 км и шири­ ной 9,5 м для сброса охлаждающей воды в море. Туннель сделан для того, чтобы не нарушить открытым каналом национальный парк между АЭС и морем.

Склады, хранилища. Подземные сооружения большого сечения широко используют для размещения в них складов и хранилищ различного типа [41, 46, 50]. Например, в США эксплуатируются многочисленные подземные холодильники-склады (для различных продовольственных продуктов, медикаментов и других товаров), размещаемые, как правило, в отработанных горных выработках, многие из которых имеют большие размеры (пролет 10—15 м, высота до 10 м). В 1970 г. в Стокгольме закончено строительство крупней­ шего в Европе автоматизированного подземного холодильника для продовольственных товаров объемом 40 тыс. м3 (I очередь). Отдель­ ные помещения имеют высоту до 10 м, а ширину — до 20 м. Начато строительство II очереди объемом 16 тыс. м3.

В Груз.ССР вблизи г. Гори строится подземное фруктохранилище, рассчитанное на одновременное хранение 1800 т свежей продукции. Хранилище, состоящее из восьми герметизированных камер, раз­ мещается на глубине 150 м. В камерах будет поддерживаться посто­ янная температура, равная 0° С.

За последние годы в Финляндии емкость искусственных подзем­ ных хранилищ нефти превысила 2 млн. м3. Крупнейшие подземные резервуары для хранения нефтепродуктов строят в Порвоо (на бе­ регу Финского залива, в 40 км от Хельсинки) вблизи машинострои­ тельного завода [119]. Эти резервуары будут иметь объем более

28

1.5 млн. м3. Сооружение представляет собой 10 камер объемом от 70 тыс. до 180 тыс. м3, объединенных в три группы и расположенных

впрочных гранитах и гнейсах.

Вкаждой группе резервуары располагаются параллельно друг другу при ширине целика 20—25 м. В первой группе площадь попе­ речного сечения камер равна 840 м2, ширина 14—18 м и высота 22 м.

В остальных группах площадь составляет 440 м2, ширина 12—18 м и высота 30 м. Длина камер меняется от 170 до 400 м. Камеры остав­ лены без облицовки, дно их расположено примерно на 30 м ниже уровня моря.

Характерная схема нефтехранилища из общего комплекса пока­ зана ла рис. 8. Наибольший интерес представляет группа, состоя­ щая из четырех камер длиной по 400 м, объемом по 180 тыс. м8. Соединение камер с поверхностью происходит по транспортным тун­ нелям общей длиной 1400 м и шириной 8 м, пройденных к различ­ ным горизонтам разработки камер, и по ряду шахтных стволов общим

На рис. 9 показана зависимость стоимости строительства этих камер от их объема. Как следует из графика, стоимость разра­ ботки 1 м3 крепкой скальной породы при емкости резервуара более 30 тыс. м3 составляет всего 20—30 финских марок (5—8 долл.) за 1 м3.

Там же в Порвоо в 1970 г. приступили к строительству системы туннелей большого сечения общей длиной около 10 км для водо­ снабжения ряда заводов, включая нефтеочистительный.

Система нефтехранилищ и складов, представляющих собой группы параллельных камер большого сечения, достаточна распространена в США, Норвегии, Алжире и других странах, однако, подземный комплекс в Порвоо является наиболее значительным.

Различного типа хранилища устраивают в соляных отложениях. Выработки большого сечения создают при этом методом выщелачи­ вания или буровзрывным способом [17, 18]. Интересен пример использования комплекса крупных выработок в отложениях камен­ ной соли для захоронения радиоактивных отходов в США: в камерах длиной 90 м и пролетом 15 м запаянные контейнеры диаметром до 60 см и длиной 3 м с отходами закладывают в скважины, пробу­ ренные в почве.

Оригинальное решение использования крупных выработок, рас­ положенных в соляных пластах на глубине 200 м, найдено в пос. Солотвино Закарпатской области. В этих выработках размещена лечебница для больных бронхиальной астмой. Установлено, что микроклимат соляных шахт благотворно действует на больных, которые находятся в выработках по 7—12 ч в день. Курс лечения длится 280—300 ч.

Объекты оборонного назначения. В работах [41, 46, 50 и др.]

приведены многочисленные примеры применения за рубежом

29

3 2

Pr.e. 8. Схема подземного нефтехранилища:

1 — подземный резервуар; 2 — сброс воды; 3 — сырая нефть

выработок большого сечения, используемых для подземных заводов различного назначения, баз для атомных подводных лодок, складов для горюче-смазочных материалов, оружия, боеприпасов и других предметов, комплексов для размещения межконтинентальных ракет, подземных бомбоубежищ, вмещающих до 20 тысяч человек, противо­ атомных бункеров, фортификационных систем и др.

30

Глава II

Конструкции выработок большого сечения

§ 3. Давление скальных пород на подземные конструкции

Для оценки геологических условий, характерных для залегания подземных выработок большого поперечного сечения, проанализи­ ровано 83 объекта, построенных в последние годы в различных породах. Площадь выработок составляет 100 м2 и более.

Как выяснилось при этом, 95% сооружений оказались располо­ женными в скальных породах. Наибольшее распространение имеют сооружения в коренных глубинных излившихся и метаморфических породах, основными из которых являются граниты и гнейсы (31%), сланцы (12%), а также амфиболиты, диориты, порфириты, туфы (до

не было установлено, однако в описании отмечено, что они являются скальными различной крепости (прочность пород на сжатие более

400 кгс/см2).

Строгий теоретический расчет давления скальных пород на крепь подземных сооружений большого поперечного сечения затруднен, поскольку с увеличением периметра выработки значительно возра­ стает значение местных перемещений породы и крепей, связанных с отдельными вывалами, с выходом подземных вод по трещинам и другими локальными явлениями. Давление скальных пород на крепь выработок большого сечения будем определять приближенно, исходя из следующих предпосылок:

давление на крепь оказывают отдельные вывалы породы, воз­ никающие вследствие структурно-геологических особенностей сла­ гающего массива (вывалы происходят по трещинам различных

генетических типов); давление на крепь оказывают породы над выработкой, ослаблен­

ные в результате образования трещин, вызванных перераспределе­ нием и концентрацией напряжений после раскрытия выработки, а также вследствие взрывных работ. Зона ослабленных пород над выработкой (нарушенная зона) отслаивается от горного массива

32