книги / Реконструкция подземного пространства
..pdf2.2.5. Тоннели городских коммунальных сетей
В городские коммунальные сети входят: сети ливневой и бытовой ка нализации, водопровода, теплоснабжения; газопроводы; силовые, слаботоч ные, телефонные кабели.
Все сети, за исключением канализационных, в районах с умеренным климатом закладывают на глубине, обычно лишь ненамного превышающей глубину промерзания или даже меньше ее (в непучинистых грунтах). Уклад ка таких сетей обычно производится открытым способом (траншейным). Прогрессивным методом прокладки сетей является их объединение в общем канале - коллекторе; поиск неисправностей и ремонт при этом сильно облег
ая (рис.2.15).
Рис.2.15. Схема проходного од носекционного коллектора:
1- кабели связи; 2 - электриче ские кабели; 3 - водопровод; 4,5 - коммуникации горячего водоснабжения
4
Сети самотечной канализации для обеспечения необходимого уклона порой значительно заглубляют с устройством перекачивающих станций. Ка нализационный канал большого сечения, собирающий воды с большого рай она и направляющий их к очистным сооружениям, называют канализацион ным коллектором.
Диаметр канализационных коллекторов достигает 2-3 м, а глубина за ложения - десятков метров. Такие коллекторы сооружаются подземным спо собом.
Для доступа к подземным сетям с поверхности через определенный ин тервал устраивают смотровые колодцы.
2.2.6. Гидротехнические подземные сооружения
Гидроэнергетические комплексы на горных реках, как правило, имеют сложную сеть подземных выработок различного назначения. Все чаще в практике гидротехнического строительства машинные залы электростанций также стремятся возводить в подземном исполнении.
На рис.2.16 изображена типичная схема подземной гидроэлектростан ции. Вода из водохранилища по напорному тоннелю 14 направляется к тур бинам, расположенным в машинном зале 5. Отработанная вода самотеком отводится по безнапорному тоннелю 9. Уравнительный резервуар 4 служит для гашения гидравлических ударов при внезапной остановке турбины. При подземном расположении ГЭС предоставляет более свободный выбор участ ка использования реки и компоновки сооружений, что особенно ггкно в уз ких горных ущельях.
Рис.2.16. Принципиальная схема компоновки подземной ГЭС: 1 - водопри емник, 2 - подъемные механизмы, 3 - энергетические водоводы, 4 - верхо вой уравнительный резервуар, 5 - машинный зал, 6 - помещение затворов, 7 - выводы генераторного напряжения, 8 - выходной портал тоннеля, 9 - низовой деривационный водовод, 10 - шахта затворов, 11 - транспортный тоннель, 12 - пьезометрический уровень, 13 - аэрационная шахта, 14 - вер ховой деривационный водовод
В прочных породах конструктивные элементы машинного зала (колон ны, подкрановые балки, стены) м0гут быть облегчены за счет использования несущей способности массива. г
Строительные работы можно проводить круглый год независимо от климатических условий.
В настоящее время в мире насчитывается около 200 подземных гидро электростанций. Одной из крупнейшей среди них является ИнгуриГЭС в Грузии.
Особенностью напорных гидротехнических тоннелей является необхо димость расчета тоннельных обделок не только на внешнее горное, но и на внутреннее гидравлическое давление. Машинные залы подземных ГЭС име ют большие пролеты, как правило, больше 16-18 м.
Одним из выдающихся гидротехнических сооружений является тон нель Арпа - Севан в Армении длиной 56 км, направляющий часть стока реки Арпа для питания Севанского энергетического и ирригационного каскада.
В настоящее время ведутся проектные проработки строительства в Ев ропейской части РФ ряда подземных гидроаккумулирующих электростанций (ГАЭС) с подземным бассейном. Большая часть гидроэнергии в этом регионе вырабатывается на тепловых и атомных электростанциях, для которых опти-
•л }тым режимом работы является постоянная нагрузка. Между тем потреб-
-электроэнергии неравномерно в течение суток. Гидроаккумулирующие ростанции, работая ночыо в насосном режиме, потребляют из сети из
бную электроэнергию и перекачивают воду из нижнего бассейна в верх- а в дневные часы пик, работая в генераторном режиме, возвращают ее в энергосистему. Для расположения верхнего и нижнего бассейнов обычно стремятся использовать природные водоемы и естественные перепады высот. Однако в Европейской части РФ нет необходимых перепадов высот, и при ходится создавать специальные выработки под землей. Объем выработок
подземного бассейна измеряется миллионами кубометров.
За рубежом построено несколько пневмоаккумулирующих электро станций. Реверсивные турбоагрегаты ПАЭС, расположенные на поверхности, закачивают в подземные полости сжатый воздух и работают на нем в генера торном режиме в часы пик.
2.2.7. Выработки для добычи полезных ископаемых
Подземным способом в РФ добываются сотни миллионов тонн угля, железной руды, руд цветных металлов, сырья для минеральных удобрений и т.д. Объем подземного строительства горнодобывающей промышленности намного больше, чем во всех других областях народного хозяйства.
Типовая схема разработки месторождения изображена на рис.2.17. Верхняя часть месторождения отработана открытым способом в карье
ре 1. Для отработки глубинных частей проходит капитальная вертикальная выработка - ствол 2. Месторождение по вертикали делится на этажи, обычно 40-60 м высотой. На уровне каждого этажа проходятся подготовительные выработки: от ствола к залежи вкрест простирания пород - квершлаги 3, а по телу залежи вдоль ее простирания - штреки 4. В теле полезного ископаемого проходится система нарезных выработок 5, непосредственно из которых ве дется отработка залежи.
Рис.2.17. Система горных выработок при разработке наклонной залежи по лезного ископаемого
Выработка, образующаяся на месте извлеченной части залежи, называ ется очистной. Налегающие породы обрушаются в очистную выработку, и если мощность невелика - несколько метров, то на поверхности образуется местный плавный прогиб - мульда сдвижения. Если же мощность залежи из меряется десятком или несколькими десятками метров, то на поверхности образуется воронка обрушения.
Для предохранения налегающих пород от обрушения применяют за кладку - заполнение выработанного пространства песком или песком с до бавкой цемента. Если позволяет рельеф, то доступ к залежи может быть осу ществлен через штольню - горизонтальную выработку, выходящую на по верхность.
2.2.8.Подземные хранилища жидких и газообразных продуктов
ВРФ и за рубежом широкое распространение получило подземное хранение нефти и нефтепродуктов, углеводородных газов под высоким дав лением, сжиженных газов, сжатого воздуха для промышленного потребле ния, в том числе газоаккумулирующими электростанциями.
Подземные хранилища устраиваются: в выработках, пройденных обычными горнопроходческими методами; в выработках, образованных без людными методами выщелачивания или камуфлетного взрыва; в пластах по ристых пород.
Подземные хранилища экономически выгодны при объемах нефтепро дуктов, превышающих 25-40 тыс.м3 В 1975 г. в Канаде и США имелось 41 млн м3 подземных хранилищ. Эти хранилища пожаробезопасны, эксплуа
тационные расходы для их содержания значительно ниже, чем для поверхно стных.
Известна конструкция хранилищ так называемого шведского типа (рис.2.18). В таких конструкциях большая камера находится в устойчивых малопроницаемых породах ниже уровня грунтовых вод. Поскольку давление в камере ниже, чем напор грунтовых вод, фильтрации нефтепродуктов из ка меры в окружающий массив нет. Приток подземных вод в камеру обычно со ставляет несколько кубометров в сутки, но может достигать нескольких де сятков кубометров. Вода, имея большую плотность, чем нефть, собирается внизу и ее периодически откачивают.
Рис.2.18. Хранилище нефтепродук тов шведского типа
Строительство подземных хранилищ глубокого заложения имеет смысл при наличии непроницаемых устойчивых пород на доступных глубинах. При отсутствии таких пород устраиваются хранилища с герметичной обделкой шахтного типа или неглубокого заложения.
Особо благоприятные условия для устройства подземных хранилищ нефтепродуктов и газов имеются на месторождениях каменной соли. Сама по себе каменная соль непроницаема для жидкостей и газов. Кроме того, воз можность существования залежи каменной соли в верхних слоях земной ко ры обусловлена тем, что она сверху перекрывается непроницаемыми слоями
глинистых пород, препятствующими проникновению подземных вод к соля ному пласту.
Кроме обычных горных методов проходки, для образования полостей в растворимых породах можно использовать безлюдный метод подземного выщелачивания. При хранении нефтепродуктов в полостях выщелачивания обычно применяется рассольный метод. При этом свободная от нефтепро дукта нижняя часть полости заполняется насыщенным раствором соли, необ ходимый запас которого хранится на поверхности в специальном рассолохранилище. Применяется также безрассольный метод хранения, при котором свободная от нефтепродукта верхняя часть полости заполняется газом под повышенным давлением.
Для хранения углеводородных газов под высоким давление-:, захоро нения жидких ядовитых промышленных отходов могут быть использованы слои пористых пород (известняков, песчаников), в частности, после извлече ния запасов нефти и газа.
2.2.9. Хранилища промышленных и бытовых отходов
Сегодняшние представления о процессе захоронения отходов исходят из того, что на «конечном складе хранения» любые отходы не оказывают не гативных экологических воздействий на окружающую среду, поэтому на «конечный склад хранения» отправляются только твердые материалы, и большинство существующих сегодня захоронений представляет собой лишь вид «промежуточного склада хранения».
Промежуточные хранилища требуют больших технологических затрат по сравнению с конечными. Индекс вредности отходов в таких хранилищах выше, они должны быть секционированы, и, кроме того, должна быть преду смотрена возможность извлечения отходов. С другой стороны, при выборе места для промежуточного хранилища должно учитываться меньшее количе ство критериев, чем в случае конечного складирования, в особенности могут быть снижены геологические, физико-механические требования к грунтовым основаниям. Средний срок использования промежуточных хранилищ 5 - 2 0 лет. Продление этого срока возможно только в том случае, если сооружение отвечает нормативным требованиям безопасности.
В вышеприведенных определениях «конечного» и «промежуточного» хранилищ заложены также понятия «складировать» и «хранить», несмотря на то, что в бытовой речи они употребляются как равнозначные. Складирование обозначает конечное состояние, хранение, наоборот, временную меру до дальнейшей обработки или захоронения отходов.
Принято различать следующие виды захоронений отходов:
•захоронение инертных материалов с минимальным содержанием вред ных веществ или без них;
•захоронение остаточных веществ после обработки отходов (вредные вещества в труднорастворимой форме);
•реакционные захоронения, когда биологические процессы распада и химико-физические реакции контролируемо протекают в течение ко роткого или среднего периода времени;
•захоронения радиоактивных и высокотоксичных отходов;
•захоронение мусора - бытовых, промышленных, общественных и т.п. отходов без предварительной обработки. Такие захоронения обладают достаточно высоким индексом вредности.
От вида отходов зависит конструкция хранилищ:
-насыпное;
-с покрытием или без него;
-открытое или закрытое (в зависимости от изоляции поверхности);
-карьерное, отвальное, откосное и т.п.; контейнерное, камерное;
-отдельно стоящее;
-засыпное;
-надземное, подземное;
-штольное и тоннельное;
-шахтное;
-пещерное.
Практически каждое хранилище обладает своей проектной специфи кой, и схематизация их достаточно ограничена. Сюда же относятся установки для предварительной обработки отходов и для утилизации фильтрационных вод захоронений. Для предварительной обработки используются установки: механической предварительной обработки; термической обработки; химико физической обработки (отдельно для органических и неорганических отхо дов); иммобилизации, или отверждения, отходов; биологической обработки.
В качестве «обычных» хранилищ рассматриваются насыпные свалки, не обладающие несущими строительными элементами в противоположность контейнерным хранилищам. Различные подпорные стены и т.п. имеют лишь вторичное значение. Принципиально различают четыре типа захоронений (рис.2.19), причем имеются и переходные формы или комбинации.
Карьерные захоронения имеют больше преимуществ, но они требуют дорогостоящих мероприятий по отводу фильтрационных вод, и как следст вие, - большой риск возникновения аварийных ситуаций. Можно определить сектор, в котором происходит утечка, но невозможно точно локализовать ме сто утечки. Уплотнение основания хранилища отходов возможно практиче ски только после их извлечения. В качестве компромисса создаются насыпи в форме откосных хранилищ или карьерные захоронения в верхней части отко сов, где может быть обеспечен свободный отвод фильтрационных вод.
Карьерное захоронение
Резервуарное захоронение
уплотненное
основание
Отвальное захоронетше
Рис.2Л9. Виды захоронений обычной конструкции
Захоронения в форме резервуаров с ограждающими насыпями исполь зуются как шламовые пруды или для хранения жидких или сжиженных отхо дов. Они объединяют конструкционные особенности карьерных и отвальных захоронений, при этом речь идет преимущественно о монозахоронениях гор ной и металлургической промышленностей. Дренаж основания здесь должен быть особенно эффективным (рис.2.20).
Резервуарные хранилища конструктивно представляют собой:
-надземные железобетонные контейнеры;
-бункерные захоронения (частично под землей);
-шахтные захоронения.