Подземное строительство

Метод строительства  подземных сооружений, получивший название "стена в грунте", основан на способности тиксотропных суспензий удерживать грунтовые стенки от обрушения; он состоит в возведении вертикальных стен подземных сооружений 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 подземных сооружений на значительной глубине (обычно около 20 м) — транспортных тоннелей, пешеходных переходов и т.п.

Строительство подземных сооружений может осуществляться с помощью:

-буровзрывных  работ

-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. В крепких устойчивых породах подземные сооружения 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.

Эксплуатация  подземных сооружений 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 подземных сооружений, 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.

Разберем  некоторые примеры подземных  сооружений более подробно.

1. Железнодорожные тоннели

Общеизвестно, что мосты и тоннели являются "ключом" при пуске железных дорог. Актуальность этой системы еще  более возрастает при строительстве  магистралей в районах со сложными топографическими условиями, например, в условиях горно-таежной местности  с суровым холодным климатом.

При строительстве  Великого Сибирского пути – Транссибирской железнодорожной магистрали было возведено 46 тоннелей, 39 из них располагаются на Кругобайкальском участке. На строительстве Китайской Восточной железной дороги (КВЖД) протяженностью 1513 км до Харбина (главная трасса), а, кроме того, от Харбина до Порт-Артура (с подъездными путями) – 1014 км в период 1897 – 1903 гг. было пройдено 9 горных тоннелей общей протяженностью 4310 м /2/.

Новый подъем в строительстве транспортных тоннелей начинается во второй половине 50-х годов. С 1955 по 1970 г. было построено 13 железнодорожных  тоннелей общей протяженностью 18 км. К ним относятся 9 тоннелей линии  Абакан-Тайшет суммарной протяженностью 10 км.

Большим вкладом  в "Книгу" мирового опыта транспортного  тоннелестроительства является сооружение тоннелей Байкало-Амурской железнодорожной магистрали. На трассе БАМ располагается пять перевальных тоннелей: Байкальский – 6,7 км, Северо-Муйский – 15,3 км, Кодарский – 1,9 км, Дуссе-Алиньский – 1,8 км и Нагорный – 1,2 км. Кроме того, пройдено 4 мысовых, два обходных Северо-Муйских, Рачихинский и другие тоннели.

В составе  комплекса тоннелей пройдено 70 км выработок, разработано 4 млн. м³ грунта, уложено в подземные конструкции 1,0 млн. м³ монолитного бетона.

Сегодня коллектив  строителей этого комплекса занят  на строительстве вторых тоннелей трассы Транссиба и линии Абакан-Тайшет.

История отечественного строительства железнодорожных  тоннелей была бы неполной без упоминания об одном из крупнейших и малоизвестном  объекте, построенном поколением наших  отцов – Подводном железнодорожном  тоннеле под Амуром вблизи г. Хабаровска /1,2/. Тоннель длиной 7 км был пройден  с помощью пяти щитов на длине 3627 м, а также горным способом (из трех забоев) на восточном участке, открытым способом на западном участке  длиной 1350 м. Внутренний диаметр тоннеля 7400 мм на подводной части.Начало строительства тоннеля – 1937 г.

Пуск тоннеля  в эксплуатацию – 1941 г.

2. Метрополитены

Первая линия  метрополитена (3,1 км) была построена  в Лондоне. Запущена 10 января 1863 годаю Нарицательный смысл слово «метрополитен» и общепринятое сокращение «метро» возникли в Париже.

В России первая линия метрополитена была торжественно открыта в Москве 15 мая 1935 года. На территории СССР метрополитены были открыты также в Ленинграде (1955), Киеве (1960), Тбилиси (1966), Баку (1967), Харькове (1975), Ташкенте (1977), Ереване (1981), Минске (1984), Горьком (1985), Новосибирске (1986), Куйбышеве (1987) и Свердловске (1991).

После распада  СССР метрополитены были открыты  в Днепропетровске (1995, Украина), Казани (2005, Россия) и Алма-Ате (2011, Казахстан).

Строительство метро стоит очень дорого, и  поэтому бывает экономически оправдано  только в крупных городах (территориально или по численности населения). Различают  закрытый способ строительства (с помощью  тоннелепроходческих щитов) и открытый, при котором тоннели и станции строятся соответственно в траншеях и котлованах и, будучи завершёнными, засыпаются грунтом.

Закрытый  способ применяется при строительстве  линий глубокого заложения, когда  этого требуют гидрогеологические условия или необходимо сохранить  ценную застройку в городах. В  иных случаях станции мелкого  заложения строят открытым способом. Для линий мелкого заложения  в России применяют также гибридный  — «московский» — способ, когда  станции строятся открытым способом, а тоннели — закрытым. Коммуникации необходимо переносить (когда они  там есть) лишь в зонах строительства  станций, а зонах прокладки тоннелей перегонов такой необходимости  нет. Также не нужно временно закрывать  дороги и т. д., поэтому строительство  оказывается дешевле. По ценам 2006 года стоимость 1 км тоннеля, построенного открытым способом, составляет приблизительно 1,4 млрд руб., а 1 км тоннеля, построенного закрытым способом, — около 2—2,2 млрд руб. Необходимо также учитывать, что эти цифры приведены для одного однопутного тоннеля. Учитывая, что линии метрополитена, как правило, строится двухпутными и, как это обычно делается в России, каждый линейный путь прокладывается в отдельном тоннеле, — линия метро получается двухтоннельная. Следовательно, при расчётах стоимость строительства километра линии метро стоимость строительство километра однопутного тоннеля следует умножать на 2.

3. Автодорожные тоннели

Автодорожный  тоннель — служит для движения автомобильного транспорта в горах (горный автодорожный тоннель), под  водой (подводный автодорожный тоннель), упорядочения движения наземного транспорта на городских улицах и дорогах (городской  автодорожный тоннель). Строительство  автодорожного тоннеля началось в 20 веке с развитием автомобильного транспорта и сети автомобильных дорог.

Автодорожные  тоннели сооружают для 2-, 3-, 4-, 6- и 8-полосного движения автотранспорта в одном, иногда в двух ярусах. В  зависимости от глубины заложения  тоннельной конструкции от поверхности  земли или воды различают автодорожные тоннели глубокого (более 10-12 м) и  мелкого (менее 10-12 м) заложений.

Первый железнодорожный  тоннель в России построен в 1862 в  городе Ковно (длина 1,28 км). После него было сооружено множество тоннелей на железных дорогах Урала, Кавказа и Крыма. Значительное развитие тоннелестроение получило в СССР в связи с интенсивным железнодорожным строительством.

Для строительства  тоннеля необходима выработка —  искусственная пустота в земной коре. В устойчивых породах выработку обычно оставляют без закрепления, в неустойчивых — сооружают временную крепь, основными элементами которой являются рошпаны; а затем, обделку. Обделка является важнейшим элементом тоннеля, воспринимающая давление окружающих горных пород и обеспечивающая гидроизоляцию тоннеля. Участки тоннеля, находящиеся возле его выходов, называются порталами. Порталы придают архитектурный вид входам в тоннель на фоне окружающего ландшафта.

Для гидроизоляции  тоннелей по технологии ново-австрийского метода (NATM) применяется геомембрана с сигнальным слоем.

 

4. Шахта

Ша́хта — промышленное предприятие, осуществляющее добычу полезных ископаемых с помощью системы подземных горных выработок .

Традиционно шахтой называется предприятие по подземной  добыче каменного угля или горючих  сланцев, в России существуют шахты  для подземной добычи тяжёлой  нефти (Ярега). При добыче подземным  способом руды шахту называют рудни́к. Шахта включает наземные сооружения: копры, надшахтные здания, главные вентиляторные установки, дробильно-сортировочные фабрики, склады и совокупность подземных горных выработок, предназначенных для разработки месторождения в пределах шахтного поля.

Шахта — механизированное и автоматизированное предприятие, оснащенное производительными машинами и механизмами для добычи и  транспортировки полезного ископаемого, проведения горных выработок, водоотлива и вентиляции. Срок службы шахт, отрабатывающих мощные месторождения, достигает 50-70 лет  и более.

Глубина отдельных  шахт по добыче золота и алмазов  достигает 4 километров.

В равнинной  местности чаще всего вскрытие производится вертикальными стволами, реже —  наклонными, от которых на разных горизонтах (этажах) проводятся квершлаги до встречи  с залежью ископаемого. В гористой местности основные вскрывающие  выработки — штольни.

Самые глубокие шахты мира находятся в ЮАР: «Тау-Тона», «Витватеерсранд» — глубина более 4500 м, «Western Deep Levels Mine» («Западная шахта глубокого залегания») — 3900 м. «Мпоненг» — 3800 м. Шахтёрам приходится работать в экстремальных условиях. Жара доходит до 60 °C, и на такой глубине постоянно существует опасность прорыва воды и взрывов. В этих шахтах добывают золото.

 

 

 

 

5. Катакомбы

 

Катако́мбы -в настоящее время слово обозначает любые подземные ходы, лабиринты, помещения под землёй, главным образом в городах.

Римские катакомбы  были найдены в 1578 году. Они представляют собой подземные переходы, которые  иногда заканчиваются прямоугольными помещениями (кубикулами). В некоторых случаях такие системы располагаются ярусами, один под другим.

Также похожие  на катакомбы погребальные подземные  помещения найдены в Анатолии, Турция; в Сузах, Северная Африка; в  Трир, Германия; Киев, Украина. Катакомбы  в Палермо, Сицилия использовались в 1920-х годах. Катакомбы были популярны  в Англии в XIX веке и их можно было увидеть на многих роскошных кладбищах  того времени.

На Украине  и в России катакомбами также  называется сеть заброшенных пещер  и туннелей. Эти катакомбы образовались на месте бывших каменоломен. Наиболее известны расположенные в Крыму  и на черноморском побережье Одесские катакомбы, Аджимушкайские каменоломни и Николаевские катакомбы. В древности катакомбы использовались для совершения религиозных обрядов и погребения умерших. Позднее они использовались партизанами во время Великой Отечественной войны. Аджимушкайские каменоломни вмещали в себя около 10 тысяч бойцов и беженцев. Многие из них умерли и были похоронены там же. Сейчас на том месте установлены памятники и музеи (теперь это территория города Керчь).

6. Подземные сооружения  специального назначения

Под этим термином понимается десятки видов и типов  подземных объектов, отдельных сооружений не вполне традиционного назначения. Область бесконечно велика.

Подземные сооружения для целей науки.

Нужды научного обеспечения  развития атомной промышленности, энергетики и оружия обусловили необходимость  срочного строительства в Подмосковье, Сибири, других местах нескольких крупных  исследовательских комплексов. Так, например, уже в начале 50-х годов  был построен на севере Московской области г. Дубна. В нем для Физического института Академии наук СССР был сооружен синхрофозатрон , циклотрон многозарядных ионов и др. сложнейшие научно-исследовательские установки .

Подземные сооружения оборонного назначения

 

С 1932 г. и до конца Второй Мировой войны проводились громадные работы по усилению военно-морской крепости Владивостока  в связи с угрозой нападения с моря. В 1932 г. был создан Владивостокский морской оборонительный район, задачей которого была также оборона прилегающих территорий. Необходимо отметить, что это многие десятки, возможно, сотни различных сооружений, построенных открытым и закрытым способами. Например, уже в начале ХХ века в скальном подземном пространстве крепости на глубине в несколько десятков метров были построены протяженные тоннели для пороховых погребов сечением 40 – 60 м² со сборной блочной бетонной обделкой с оригинальной противовзрывной защитой. Основным ее элементом служила вторая легкая обделка, располагаемая на небольшом расстоянии от основных по всему периметру стен и свода тоннелей.

Впечатляют и на сегодня  тоннели-казармы, укрытия и убежища, подземные склады различного назначения с различными видами надежных транспортных средств.