книги / Реконструкция подземного пространства

2.2.5. 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.