Подземные сооружения

Подземные сооружения. Выбор архитектурно-планировочных решений. способа строительства, вида конструкций и их крепления, гидроизоляции, системы кондиционирования воздуха и т.п. определяется в основном назначением П. с. и свойствами массива вмещающих горных пород (грунтов).

Области применения. строительство П. с. ведётся в возрастающих масштабах в большинстве промышленно развитых стран, что объясняется экономичностью П. с. по сравнению с наземными, технической или производственной необходимостью, градостроительными условиями, соображениями военного характера и т.д. Подземное расположение сооружений целесообразно в районах с неблагоприятными климатическими условиями (резкие перепады температуры воздуха, ураганные ветры, длительные ливни, селевые потоки), крутым рельефом местности. Значительное развитие строительство П. с. получило в горнодобывающей промышленности.

По назначению П. с. условно подразделяются на несколько основных групп: транспортные и гидротехнические тоннели; сооружения метрополитена; электростанции (главным образом ГЭС); базисные склады и холодильники; объекты городские хозяйства (пешеходные переходы, гаражи, коллекторы и т.п.); резервуары для питьевой воды, нефте- и газохранилища, ёмкости для захоронения вредных производственных отходов; промышленные предприятия; лечебные учреждения; военные объекты. Особую группу составляют П. с. шахт, располагаемые в околоствольном дворе (электроподстанция, депо, станция водоотлива, медпункт и т.д.) или предназначенные для транспортной связи поверхностных сооружений с очистными забоями (шахтные стволы, капитальные штреки, штольни и т.д.).

Экономическая эффективность подземных электростанций (по сравнению с наземными) обусловлена, в первую очередь, сокращением протяжённости напорных водоводов, объёмов бетонных работ, снижением расхода материалов. Объёмы горностроительных работ при сооружении крупной подземной ГЭС характеризуются несколькими млн. м³ извлекаемых горных пород (например, объём скальной выемки Ингури ГЭС в СССР, имеющей мощность 1400 Мвт, - 3,2 млн. м³). Большими поперечными сечениями (сотни м²) и протяжённостью (десятки и сотни м) отличаются машинные залы электростанций. Различают 3 типовые схемы подземных ГЭС: концевая (здание расположено в конце трассы деривации), головная (здание вблизи водозабора), промежуточная (здание в средней части трассы деривации). Подземными строят также тепловые и атомные электростанции (например, в Швеции и Швейцарии). К середине 70-х гг. количество подземных ГЭС в мире (эксплуатируемых и строящихся) достигло 350, их общая мощность 4×10⁴ Мвт.
Базисные подземные склады рентабельны благодаря возможности приспособления под них имеющихся горных выработок, стабильности температуры окружающей среды и влажности в подземных помещениях, пожарной безопасности, экономии наземного пространства, удобству охраны и т.п. Различают подземные склады активного и пассивного складирования. При активном, систематически осуществляемом складировании, когда ежесуточно перерабатывается большое количество продуктов и материалов, необходимы хорошо спланированные, значительные по размерам разгрузочные и погрузочные площадки и непосредственная связь складов с ж.-д. коммуникациями. Для активного складирования эффективно, например, использование горизонтальных горных выработок, проведённых по известнякам из бортов отработанных карьеров. Подобный склад (полезной площадью около 5 га) расположен вблизи г. Канзас-Сити (США). Часть склада используется для хранения замороженных продуктов при температуре до -32 ?С в количестве 25 000 т. Стоимость строительства склада составила примерно 10% от стоимости наземного холодильника такой же ёмкости. В Инкермане (СССР, Крым) для подземного винохранилища использованы горные выработки высотой 10-12 м и длиной по 200 м, образованные после выемки известняка-ракушечника. При пассивном складировании целесообразно использовать выработки отработанных шахт, связь с которыми осуществляется через вертикальные стволы. Вместимость таких складов 10⁵-10⁶ м³. Основные затраты на строительство подземных складов приходятся на сооружение подходных выработок и транспортных коммуникаций.
Подземное пространство городов осваивается всё возрастающими темпами. Комплексная застройка подземного пространства крупных городов позволяет рационально использовать наземную территорию, содействует упорядочению транспортного обслуживания населения и повышению безопасности дорожного движения, снижает уличный шум и загрязнение воздуха выхлопными газами автомобилей, способствует повышению художественно-эстетических качеств городской среды. Городские П. с. можно условно объединить в ряд групп: инженерно-транспортные (пешеходные и транспортные тоннели, автомобильные стоянки и гаражи, помещения вокзалов); сферы обслуживания (магазины, кафе, кинотеатры, выставочные залы, книгохранилища, архивы, холодильники, овощехранилища, автоматические телефонные станции и т.п.); промышленного назначения и энергетики (отдельные цехи, лаборатории, котельные, тепловые станции и т.п.); инженерные сети и сооружения (газо- и трубопроводы, бойлерные, калориферные, трансформаторные и газораспределительные станции и др.); гражданской обороны. П. с. - неотъемлемая часть крупного города. Подземное строительство позволяет высвободить в новых районах значительную часть полезной площади. Особое место в городском подземном хозяйстве занимают гаражи (часто многоэтажные). Вместимость подземных гаражей может достигать нескольких тыс. автомобилей, глубина заложения пола нижнего яруса - 15-25 м. Перспективны встроенные гаражи, размещаемые в цокольных и подземных этажах жилых домов. Создаются (1974) проекты единой общегородской сети подземных гаражей и автостоянок (например, для Стокгольма, Парижа, Будапешта). Один из наиболее крупных градостроительных проектов - схема организации и использования подземного пространства Москвы, разработанная в 1971-73.
Подземные хранилища для нефтепродуктов, природного газа, питьевой воды отличаются от наземных крупными масштабами по вместимости (до нескольких млн. м³). Конструкции подземных резервуаров выполняются из бетона, железобетона, металла. При подземном хранении нефти и др. горючих веществ экономия от снижения испарения в короткий срок оправдывает дополнительные расходы на строительство резервуара (подробнее см. в статьях Газовое хранилище, Нефтехранилище). Подземные хранилища - наиболее эффективный способ захоронения непригодных для переработки вредных промышленных отходов атомного, химического, металлургического и др. производств. Для этого используют существующие соляные полости, заброшенные выработки шахт, строят резервуары в глинистых породах; промышленные стоки направляют через скважины в непригодные для использования водоносные горизонты.
Подземные промышленные объекты (например, насосные и компрессорные станции, ямы доменных печей, кессоны регенераторов мартеновских печей и т.п.) строятся при неглубоком заложении. Большой глубиной заложения характеризуются подземные заводы, которые начали сооружать за рубежом в 30-х гг. 20 в.; широкий размах их строительство приобрело во время 2-й мировой войны 1939-1945 - главным образом в Германии и Японии (к 1945 в Германии насчитывалось 143 подземных завода).
Подземные лечебные учреждения располагают в выработках отработанных шахт, главным образом соляных. Выработки большого поперечного сечения (камеры) приспосабливаются под палаты для больных, лечебные кабинеты и т.п. Целесообразность подземных медицинских учреждений обусловлена постоянством давления, влажности и температуры воздуха, отсутствием бактериальной флоры, солнечной радиации, шума, естественной ингаляцией (благодаря насыщенности среды химическими элементами), ограниченным воздействием магнитного поля. Это создаёт микроклимат, благоприятный, в частности, для лечения лёгочных заболеваний (например, в СССР работает подземная лечебница для больных бронхиальной астмой, размещенная на глубине 200 м в соляном руднике около поселка Солотвина в Закарпатье).
Строительство и эксплуатация П. с. Выбор способа строительства П. с. зависит в основном от глубины заложения и назначения объекта, горнотехнических условий строительного участка. Неглубокие П. с. строят открытым способом, методом опускного сооружения, либо в траншеях, под гиксотропными суспензиями (см. Тиксотропия). П. с. глубокого заложения и, в особых случаях, неглубокого (например, перегонные тоннели метрополитенов или городские коллекторы) строятся закрытым (подземным) способом.
При открытом способе строительства траншеи и котлованы, как правило, закрепляют (горизонтальное крепление с распорками - в грунтах сухих и естественной влажности, и шпунтовое - в неустойчивых водонасыщенных). строительство в открытых котлованах эффективно до глубин 7-10 м при обеспечении надёжного водопонижения.
Из способов строительства опускным сооружением преимущественное распространение получил метод опускного колодца. В СССР ежегодно (1973) строится 60-70 опускных колодцев площадью 100-13 000 м с глубиной погружения 10-55 м. Прогрессивный способ строительства П. с. - с опускным колодцем в тиксотропной рубашке, который даёт возможность сооружать колодцы больших диаметров. Успешно применяется принудительное регулирование опускания колодца при помощи системы домкратов, располагаемых по его периметру. Методом опускного колодца строят многоэтажные подземные гаражи, П. с. на металлургических заводах и т.п.
Метод строительства П. с., получивший название "стена в грунте", основан на способности тиксотропных суспензий удерживать грунтовые стенки от обрушения; он состоит в возведении вертикальных стен П. с. в траншеях-щелях до начала разработки грунта внутри сооружения. Применение этого метода целесообразно в сложных гидрогеологических условиях (отпадает необходимость в водопонижении, замораживании и т.п.). Он эффективен при строительстве на застроенных территориях небольших П. с. на значительной глубине (обычно около 20 м) - транспортных тоннелей, пешеходных переходов и т.п.
строительство П. с. может осуществляться с помощью буровзрывных работ (см. Проведение горных выработок), механизированных комплексов (горные комбайны, щиты проходческие), скважинными методами (подземное выщелачивание, взрывное уплотнение грунтов).
Полости, образованные скважинными методами, используются в качестве хранилищ для нефтепродуктов и сжиженных газов, поэтому вмещающие горные породы должны быть непроницаемы, однородны по составу и химически нейтральны к хранимым продуктам.
Приспособление горных выработок отработанных шахт с устойчивыми вмещающими породами включает горнопроходческие работы по спрямлению выработок, их расширению, сооружению новых (см. Подземная разработка). В крепких устойчивых породах П. с. обычно оставляют незакрепленными; в отдельных случаях применяют временную крепь (в т. ч. из предварительно-напряжённого железобетона), а также постоянные конструкции из монолитного бетона и железобетона, сборного железобетона и чугунных тюбингов (см. Крепь горная).
Эксплуатация П. с. сводится главным образом к поддержанию в нём необходимого микроклимата, обеспечению искусственного освещения и энергоснабжения. Регулирование параметров воздушной среды производят обычно с помощью установок кондиционирования воздуха. Гидроизоляция достигается уплотнением или улучшением химическими добавками материалов, укладываемых в конструкцию П. с., а также благодаря устройству водонепроницаемых перекрытий на внешней и внутренней поверхностях защищаемого сооружения. Освещение, как правило, - люминесцентное; внутренние конструкции окрашивают в светлые тона, устраивают декоративные окна и т.п. При использовании внешнего источника электроэнергии устанавливают аварийные агрегаты для обеспечения минимальных потребностей силовых установок и освещения. Водоотлив осуществляется путём прокладки труб в стенках выработок или дренажных труб в грунте, откуда вода отводится к водосборникам и насосам.
Лит.: Строительство подземных [шахтных] сооружений, М., 1966; Покровский Н. М., Проектирование комплексных выработок подземных сооружений, М., 1970; Лубенец Г. К., Посяда B. C., Строительство подземных сооружений, К., 1970; Голубев Г. Е., Использование подземного пространства в крупных городах, М., 1973; Комплексное освоение подземного пространства городов. К., 1973; Мостков В. М., Подземные сооружения большого сечения, М., 1974; Новая технология и оборудование для строительства подземных сооружений, Л., 1974.
? Л. М. Гейман.