Проблемы освоения подземного пространства
К основным проблемам освоения подземного пространства городов, прежде всего, относят:
- необходимость обеспечения сохранности уже существующей застройки (иными словами, геотехник должен оценить ее дополнительные деформации, что проблематично решить в рамках строгих инженерных методов);
- необходимость сохранения сложившихся экологических систем;
- условие минимальности вмешательства в геоэкологическую среду.
Технические проблемы возведения подземных сооружений обусловлены главным образом необходимостью создания и последующей эксплуатации внутреннего пространства. Наличие таких внутренних пустот вызывает эффект одностороннего горизонтального давления грунта, что требует достаточной прочности стенок подземных сооружений.
Вследствие высокого уровня подземных вод и возможности его изменения геотехник обязан обеспечить как водонепроницаемость его ограждающих конструкций и днища, так и устойчивость сооружения от всплывания (ведь днище испытывает гидростатическое давление воды).
При возведении подземных сооружений в открытых глубоких (обычно при глубине более 4-5 м) котлованах необходимо, с одной стороны, обеспечить устойчивость их стенок, а с другой - возможно неравномерное разуплотнение грунта дна котлована из-за его большего подъема в центральной части. Это явление соответственно вызывает большие осадки основания фундаментов в средней части сооружения.
|
|
|
Проблемы инженерно-геологических, гидрогеологических и гео-экологических изысканий для подземных сооружений изложены далее.
Современные направления и перспективы подземного строительства
Геотехники всего мира все активнее разрабатывают, проектируют и возводят подземные сооружения различного назначения, которые при этом часто органично связаны между собой, а также с надземными зданиями и сооружениями и с геологической и гидрогеологической средой.
Под комплексным освоением подземного пространства понимают всесторонний учет взаимосвязи всех структурных элементов, определяющих функционирование современного мегаполиса:
- наземной части города, включающей здания, инженерные сооружения, наземные транспортные коммуникации, водную и воздушную среду;
- подземной части, к которой относят подвалы зданий, транспортные системы, объекты различного назначения, инженерные сети;
- геологической и гидрогеологической среды.
К основным современным тенденциям и концепциям при комплексном освоении подземного пространства возможно отнести:
- переход от плоскостного к объемному развитию городского пространства (в перспективе в нем возможно размещать большинство гражданских и производственных объектов, коммуникации, склады, гаражи и стоянки, спортивные и культурные сооружения, отели, торговые центры, предприятия бытового обслуживания и др.);
|
|
|
- экономию земли и круговорот природных материалов с минимумом трансформаций и возможным использованием энергии в естественной природной форме (по Д. Беннету);
- концепцию вертикальных городов, которая, в частности, предполагает основную часть объема многоэтажного наземного строительства перенести в пригороды, а центре города организовать зону с густым озеленением и развитой подземной инфраструктурой.
ГЛАВА IV
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ И ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК ВО ВТОРИЧНЫХ ЦЕЛЯХ
Возможность комплексного освоения подземного пространства и использования подземных выработок во вторичных целях
Одним из важнейших природных ресурсов являются недра Земли, служащие не только источником минерального сырья, воды, газов и тепла, но и обладающие столь необходимым для человечества пространством, где могут быть размещены различные объекты жизнеобеспечения общества, а также не утилизированные отходы быта и промышленности.
|
|
|
Освоение человеком подземного пространства должно компенсировать прогрессирующий дефицит свободных площадей на поверхности Земли.
Альтернативы этому не существует, так как освоение еще одного пространства – космического – дело отдаленного будущего. При этом проблема освоения подземного пространства должна вписываться в общую идеологию комплексного освоения недр Земли.
На данном этапе развития общества ситуация такова, что объемы горного производства по – настоящему колоссальны. Согласно статистике, в 70-90-х годах в мире ежегодно добывалось и использовалось 3,5-4,0 млрд. т нефти и природного газа, 2-4 млрд. т угля, извлекалось более 20 млрд. т горной массы в виде железных, медных, марганцевых, цинковых и иных руд и горно-химического сырья.
Однако сложившаяся тенденция способна не только сохраниться, но и значительно увеличиться уже в ближайшие годы. Наряду с этим увеличатся и объемы выработанных пространств, являющихся неотъемлемой частью горного производства.
Находясь на контроле государства, выработанные пространства, после ликвидации горного производства, иногда используются частично, а зачастую же просто затапливаются или приходят в негодное состояние, попросту обрушаясь.
|
|
|
Исходя из этого, с возрастанием объемов различных производств и технологий, порой даже не связанных с горным производством, возникает потребность использования этих выработанных пространств, что в ряде случаев является экономически более выгодно и оправданно, по сравнению с использованием наземного пространства.
Однако следует себе четко представлять, что размещение тех или иных производств и технологий, на поверхности или под землей, должно сопровождаться правильностью и грамотностью всех принимаемых решений, что зачастую, к сожалению, не всегда выполняется и не до конца осознается.
Широкое использование подземного пространства от примитивного обитания в карстовых пустотах до сооружения специальных строений с глубокой древности приучало человечество к экономии энергии и к требованиям охраны окружающей среды: «Не навреди, сохрани, улучшай».
Использование подземного пространства для решения экологических проблем должно основываться на правовых актах, государственных нормативах и правилах, а также на ведомственных нормативно – регулирующих документах.
К ним в первую очередь следует отнести Законы «Об охране окружающей среды», «О недрах», система стандартов в области охраны природы и улучшения использования природных ресурсов.
В соответствии с этим, следует отметить, что основными требованиями по охране недр и окружающей среды являются:
· обеспечение полного и комплексного изучения недр;
· соблюдение установившегося порядка предоставления недр в пользование (горные отводы) и недопущение самовольного пользования недрами;
· полное извлечение из недр и рациональное использование запасов основных и совместно залегающих полезных ископаемых;
· недопущение вредного влияния работ, связанных с пользованием недрами на сохранность запасов полезных ископаемых;
· охрана месторождений от затопления, обводнения и других факторов, снижающих качество полезных ископаемых и промышленную ценность месторождений или осложняющих его разработку;
· предупреждение необоснованной и самовольной застройки площадей залегания полезных ископаемых и соблюдение установленного порядка использования их для других целей;
· предотвращение вредного влияния работ, связанных с пользованием недрами, на сохранность эксплуатируемых и находящихся на консервации горных выработок и скважин, а также подземных сооружений;
· предотвращение загрязнения недр при сбросе сточных вод, захоронения вредных веществ и отходов производства, а также при подземном хранении нефти, газа и иных веществ и материалов;
· обеспечение охраны атмосферного воздуха, земной поверхности, лесов, вод и других природных ресурсов от вредного влияния работ, связанных с пользованием недрами, приведение земельных участков в состояние, безопасное и пригодное для использования их в народном хозяйстве.
В связи с этим, следует обратить пристальное внимание на вопрос охраны недр и окружающей среды. Однако это необходимо делать не только на стадии ведения горных работ и ликвидации горного производства, а уже на стадии проектирования не только горного, но и любого другого производства, пусть даже не связанного с горным.
Что же касается горного производства, то тут просто необходимо осуществлять тщательный анализ проведения работ и их ликвидацию, поскольку то или иное решение рано или поздно способно оказать влияние на окружающую среду в той или иной степени.
К примеру, при эксплуатации «Коршуновского железорудного месторождения» общая минерализация всего объема дренажных вод карьера в период с 1978-1989 года увеличилась с 0,5-5,8 г/л, а сброс этих вод в р. Коршуниху вызвал недопустимое ее загрязнение.
И наша задача состоит в том, чтобы анализ производства был, прежде всего, направлен на обеспечение экологической безопасности.
Таким образом, на основе законодательства, учитывая современные требования к экологической оценке деятельности различных предприятий, с учетом всех аварийных ситуаций и последствий, нужно добиваться расширения мероприятий по доказательству вторичного использования конкретного пространства и проектирования его возможного использования.
Возможны два пути освоения подземного пространства – это приспособление и переустройство выработок, высвобождающихся от горной и технологической деятельности, и строительство специальных подземных объектов. Можно выделить три основных направления работ в рамках проблемы.
Первое направление связано с геомеханическим обеспечением работ по освоению подземного пространства. Опыт эксплуатации месторождений, особенно глубоких (Донбасс), подтверждает необходимость привлечения современных знаний в области механики горных пород и для обеспечения устойчивости подземных сооружений.
Второе направление включает задачи создания подземных объектов с длительным сроком эксплуатации для захоронения отходов ядерной энергетики и современного химического производства, а также для размещения подземных электростанций, обогатительных фабрик и других производств. Здесь особенно остро стоят вопросы экологии, что вызвано высокими требованиями изоляции объектов и надежности подземных сооружений в условиях действия радиации и повышенных температур.
Третье направление, отнюдь не последнее по важности, предусматривает освоение подземного пространства больших городов.
Проектные решения по освоению подземного пространства должны при их реализации предотвращать ухудшение состояния окружающей природной среды, снижать его до уровня регламентированного медицинскими нормами, а при их отсутствии – ограничениями по пользованию природными ресурсами. В этих целях исходные данные для проектирования должны содержать:
· детальную информацию о природных условиях территории и состояния ее компонентов;
· оценку воздействия объекта на окружающую среду и условия жизни населения;
· покомпонентный анализ изменения состояния природной среды и процессов, происходящих в природе, в зоне действия объекта;
· комплексную оценку влияния последствий этих изменений на условия жизни населения;
· оценку экологического риска намечаемых технических (проектных) решений, включая возможность аварийных ситуаций;
· предусматриваемый комплекс природоохранных мероприятий по предотвращению негативного воздействия хозяйственной деятельности, а также сохранению, оздоровлению и улучшению окружающей природной среды;
· программу работ по организации мониторинга состояния природной среды в период строительства, эксплуатации объекта и снятия его с эксплуатации (консервации).
Все перечисленные выше вопросы необходимо решать на стадии технико-экономического обоснования (ТЭО). Последнее должно проходить специальную экологическую экспертизу и выполняться по всем компонентам природной среды: воздушной среде, поверхностным и подземным водам, почвам и грунтам, недрам, растительному покрову, животному миру, социальной среде. В результате такой работы должна быть дана итоговая оценка экологического риска размещения намечаемого объекта на данной территории.
В последнее время внимание многих специалистов привлечено к проблеме повторного использования выработок рудников, шахт, специальных сооружений после прекращения их эксплуатации. Этот интерес вызван:
· привлекательностью наличия готовых объектов;
· возможностью разгрузки зоны обитания человека от техногенных воздействий и инженерных сооружений;
· необходимостью включения в полезную деятельность уже осуществленных затрат, что при плановом их освоении удешевит и первичное, и вторичное производство;
· возможностью обеспечения безопасности технологий некоторых производств, связанных с риском значительного загрязнения зоны обитания человека.
На основе классификации подземных сооружений выявлены пути повторного использования выведенных из эксплуатации горных выработок.
Однако могут возникнуть проблемы с использованием выработок отработанных рудников и шахт, где в результате добычи полезных ископаемых произошло деформирование пород налегающей толщи, изменение гидрологического режима подземных вод. В таких условиях размещение в выработках экологически опасных материалов и производств, особенно на длительные периоды, может вызвать заражение подземных вод с выходом их на поверхность или потребуется проведение крупных и дорогостоящих инженерных мероприятий, сопоставимых по затратам со строительством новых объектов. Значительно проще решается вопрос использования освободившихся выработок специальных подземных сооружений (камер электростанций, железнодорожных тоннелей и т.п.), однако и в этом случае необходимы специальные исследования.
В целом вопрос о возможности повторного использования подземных выработок может решаться только на основе комплексных долгосрочных прогнозов развития экологической обстановки.
Так, тревожна ситуация с размещением таких отходов, как городского мусора, занимающего большие земельные площади и являющегося экологически вредным при его скоплении. Например, 23 района Токио в 1989 г. произвели более 5 млн. тонн отходов. Причем для всей Японии за десятилетие с 1990-2000г. увеличение отходов (мусора) ожидается до 33%. Следственно один из путей – убирать их под землю, хотя это и потребует затрат.
Проблема захоронения отходов, образующихся в атомной энергетике, при производстве ядерного оружия, использовании реакторов в военно-морских и гражданских флотах, будет приобретать все большее значение, имея в виду лавинообразной характер нарастания объемов отходов.
В настоящее время в мире возобладала тенденция захоронения РАО в подземных могильниках.
Следует отметить, что за последнее десятилетие наблюдается рост числа природных катастроф (землетрясения, ураганы) и опасных техногенных явлений (кислотные дожди, техногенные землетрясения, нефтяные загрязнения, локальные войны и конфликты, крупные диверсии). Очевидно, что лучшая защита от таких явлений - подземное расположение объектов, как промышленных, так и гражданских.
Аргументируя данные предпосылки, следует отметить, что какие бы наземные конструкции не возводились человеком, в том числе защитные, их прочность не может сравниться с прочностью породного массива. Известно, что предел прочности породного массива, то есть скальных пород на растяжение в 1,5-2 раза, а на сжатие в 4-5 раз превышает аналогичные характеристики для бетона.
Кроме того, исследования, проведенные в США и Японии, показали, что сейсмическое воздействие землетрясений на подземные объекты гораздо меньше, чем на наземные. Так, на подземной ГЭС Широяма, в Японии, при землетрясении с магнитудами от 2,9-7,4 ускорение на контуре машинного зала было ниже в 2 раза по сравнению с наземными сооружениями того же района.
Если говорить о боевом воздействии на потенциально опасные наземные объекты, такие как АЭС, химические заводы, хранилища жидкого топлива, то расчеты показывают, что никакие защитные оболочки, утолщенные конструкции не могут противостоять современному оружию. Так, бомба с реактивной боеголовкой способна проникать на глубину до
15 м даже в скальные породы. Помещением на минимальную глубину
в 50 м этих объектов обеспечивается их гарантированная защита и безопасность.
Большие преимущества имеет размещение под землей некоторых высокоточных производств, для которых очень важно создаваемое при этом постоянство производственно-комфортных условий: температуры, влажности, запыленности, а также отсутствие внешних шумов и вибраций. Мировой опыт по таким подземным заводам свидетельствует, что здесь выше не только качество продукции, но и производительность труда (рост до 18-20%).
Скандинавский опыт эксплуатации таких подземных объектов, как склады, спортивные сооружения, гаражи, показывает значительные их преимущества в экономии энергии (до 30-50%), а также в снижении других эксплуатационных затрат (на ремонт, покраску, замену оборудования и пр.).
В отношении АЭС следует отметить, что, согласно японским данным, где учитывается стоимость земли, содержание подземной АЭС обходится на 17% дешевле наземной.
Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 1891; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!