1 — вершинный тоннель, 2 — портал, 3 — дорога, 4 — базисный тоннель, 5 — петлевой тоннель, 6 — спиральный тоннель, 7 — мысовый тоннель
ствия, инженерно-геологических и гидрогеологических условий территории, стоимости строительства и эксплуатации данного участка.
Высотное положение мысовых тоннелей определяется продольным профилем трассы на подходах. Высота расположения петлевых и спиральных тоннелей, обеспечивающих искусственное развитие линии, диктуется условиями рельефа. Значительно более сложной задачей является определение высотного положения перевального тоннеля, который может быть как вершинным, так и базисным. В этом случае необходимо учитывать следующие основные факторы:
1) тоннель должен «вписываться» в план и продольный профиль трассы, обеспечивая единую плавную пространственную линию на всём перевальном участке дороги;
2) характер склонов пересекаемого горного массива: сравнительно небольшие смещения базисного тоннеля могут значительно сократить его длину и, наоборот, снижение отметки вершинного тоннеля может практически не отразиться на его длине;
3) возможность естественного проветривания тоннеля;
4) инженерно-геологические условия;
5) гидрометеорологические условия.
Окончательный выбор высотного положения перевалочного тоннеля определяется технико-экономическим расчётом.
Характерным примером выбора высотного положения является обоснование пересечения Северо-Муйского хребта Байкало-Амурской магистралью. Хребет расположен между оз. Байкал и бассейном р. Витим. Тяжёлые инженерно-геологические условия, обусловленные вечной мерзлотой и наличием многочисленных зон тектонических разломов, сложные для трассирования подходы к седловине, вызванные большой крутизной склонов, осыпями и камнепадами, высокая сейсмичность района (более 9 баллов по шкале Рихтера) в совокупности привели к необходимости проработки около 30 вариантов пересечения хребта.
При проектировании тоннеля Бампроектом в 1942 году, по данным предварительных изысканий 1936/37 годов, был принят вариант пересечения хребта в самом низком участке Ангаракан-ского седла. Позднее, в 1970 году, на этом участке были проведены дополнительные инженерно-геологические изыскания, по результатам которых были разработаны 18 вариантов трассы с тоннельным пересечением (рис. 2.67) и принят вариант пересечения Северо-Муйского хребта базисным тоннелем длиной 15,3 км. Однако до начала строительства, для обоснования длины тонне-
Рис. 2.67. Варианты трассы пересечения Северо-Муйского хребта Байкало-Амурской магистралью: 1 — вариант с подъёмом на перевал и пятью петлевыми тоннелями, 2 — вариант с базисным тоннелем длиной 15,3 км
ля по выбранному направлению трассы, были рассмотрены ещё 11 вариантов перевальных тоннелей протяжённостью от 7,8 км до 12,2 км. В итоге был принят вариант перевального участка с базисным тоннелем длиной 15,3 км, как наиболее полно отвечающий требованиям к эксплуатационным показателям проектируемой линии, а также надёжности и безопасности перевозок в условиях высокой сейсмичности.
Сеть мысовых тоннелей построена на Крутобайкальской железной дороге — одном из наиболее сложных участков Транссибирской магистрали. Западное побережье Байкала представляет собой скалистую гряду высотой до 400 м над уровнем озера. Извилистая береговая линия разделена на бухты высокими скалистыми мысами. На участке побережья протяжённостью менее 100 км были выстроены 39 двухпутных мысовых тоннелей общей протяжённостью 7283,2 м. При строительстве участка Байкало-Амурской магистрали, проходящего по северному побережью Байкала, были сооружены 4 двухпутных мысовых тоннеля общей протяжённостью 5100 м.
Расположение трассы тоннеля в плане проектируется целиком или частично на прямых или криволинейных участках. Искривление трассы в плане обусловлено условиями плавного сопряжения трассы с магистралями, необходимостью обойти нарушенную зону в массиве горных пород и сохранением существующей застройки.
При расположении тоннелей, особенно железнодорожных, на кривых увеличивается габарит приближения строений и, следовательно, площадь поперечного сечения тоннеля.
Криволинейные в плане тоннели стараются располагать на кривой одного радиуса или на кривых, близких по значению радиусов, что позволяет использовать однотипное оборудование для возведения монолитной бетонной обделки. Радиусы кривых в железнодорожных тоннелях должны быть не менее 600 м, автодорожных — 250 м. При соответствующем технико-экономическом обосновании, в особо сложных условиях, допускаются радиусы кривых 400 и 150 м соответственно.
Продольный профиль тоннеля, в зависимости от его назначения и условий трассировки, может проектироваться одно- или двухскатным. Односкатный профиль рекомендуется устраивать
при длине тоннеля менее 400 м. Профиль тоннеля стараются не проектировать горизонтальным, т.к. при этом возникают неблагоприятные условия продольного водоотвода. Минимальный уклон продольного профиля должен составлять 3 %о. В пределах разделительных элементов допускается принимать величину минимального уклона 2 %о. Горизонтальная разделительная площадка между участками с уклонами разных знаков не должна превышать 400 м [СНиП32-04-97].
Места расположения порталов при проектировании тоннелей горного типа определяются хорошими условиями видимости при въезде, конфигурацией рельефа и геологическим строением склонов. От глубины предпортальной выемки h зависит прочность и устойчивость портала и связанного с ним предпортального звена обделки, а также окончательная длина тоннеля L (рис. 2.68). В целом, определение рациональной глубины предпортальной выемки производится на основе технико-экономического сопоставления вариантов. На предварительных этапах проектирования можно воспользоваться следующими рекомендациями, выработанными практикой строительства: в слабых глинистых грунтах глубина выемки у порталов не должна превышать 12—15 м, в скальных породах — 20 м [Копыленко, Цыпин, 1999].
Тоннели горного типа сооружаются, в большинстве случаев, закрытым способом и имеют сводчатое или круговое очертания. Размеры и форма поперечного сечения определяются местом расположения тоннеля и интенсивностью движения транспорта. Габарит приближения строений должен обеспечивать свободное пространство, достаточное для пропуска транспортных средств, прохода людей, размещения устройств и оборудования.
Рис. 2.68. Зависимость длины тоннеля L от глубины предпортальной выемки к
1 — тоннель, 2 — пред-портальная выемка
10 Э-343
Рис. 2.69. Южный портал Мацестинского автодорожного тоннеля [Пуголовок, Болыкин, 2001]
Для бесперебойного обеспечения находящихся в тоннеле людей свежим воздухом и организации нормальных условий труда обслуживающего персонала устраивается система вентиляции, уменьшающая влажность в тоннеле, снижающая концентрацию вредных примесей, выделяемых транспортными средствами, до допустимых пределов, поддерживающая температуру воздуха на уровне, соответствующем санитарно-техническим нормам.
В декабре 2000 года сдан в эксплуатацию Мацестинский автодорожный тоннель длиной 1316 м, пересекающий водораздел между реками Мацеста и Агура и входящий в состав реконструируемой дороги Джубга-Сочи (рис. 2.69).
Автодорожный тоннель состоит из собственно тоннеля, по которому осуществляется движение автотранспорта, и дренажной штольни, используемой для обслуживания тоннеля на период эксплуатации, а также для эвакуации людей из тоннеля в случае пожара и других аварийных ситуаций (рис. 2.70).
Проходка тоннелей велась одновременно из трёх забоев: со стороны Северного и Южного порталов и дренажной штольни. Разработка забоя со стороны Северного портала велась проходческим комбайном с рабочим органом избирательного действия, со стороны Южного портала — буровзрывным способом. Дренажная
Рис. 2.70. Схема расположения основного тоннеля и дренажной штольни 1 — дренажные скважины, 2 — дренажная штольня, 3 — основной тоннель
Рис. 2.71. Внутреннее оформление Мацестинского автодорожного тоннеля
штольня проходилась щитовым комплексом с одновременным возведением постоянной обделки из железобетонных блоков.
Для обеспечения нормальной и безопасной эксплуатации тоннель оборудован автоматизированными системами управления, вентиляции, освещения и теленаблюдения (рис. 2.71).
Для хранения нефти, нефтепродуктов и природного газа в большинстве стран мира используются специальные подземные комплексы, устраиваемые геотехнологическими и горными способами в непроницаемых массивах горных пород и грунтов.
Первое в мире подземное нефтехранилище было построено в 1948 году в г. Наанали (Финляндия). Хранилище работает по так называемому Senlab-методу и представляет собой забетонированный металлический резервуар в обводнённом скальном массиве, имеющий форму бутылки, заполненной снизу до барьерного уровня водой под давлением (рис. 2.106).
Рис. 2.106. Подземное нефтехранилище. Наанали, Финляндия
Исследования, проведённые скандинавскими учёными, доказали, что подземные хранилища нефти и нефтепродуктов объёмом более 40 ООО м 3 являются более экономически выгодными и безопасными по сравнению с наземными. Технико-экономические расчёты показывают, что, по сравнению с наземными, при сооружении подземных хранилищ расход листовой стали сокращается до 20—25 кг на одну тонну хранимого продукта, стоимость строительства снижается в 1,5—3,5 раза, эксплуатационные расходы — в 2—5 раз [Тортов, 1978].
К концу 1960-х годов в США 97,7 % сжиженных газов хранились под землёй, причём часть хранилищ была заглублена до 600-1800 м.
В состав хранилищ нефти и нефтепродуктов (рис. 2.107) входят: один или несколько резервуаров, насосная и ствол для спуска обслуживающего персонала, соединённые между собой системой тоннелей. Для отбора нефтепродуктов используются специально пробуренные скважины. В большинстве случаев используемые в качестве резервуаров камерные выработки проектируются без обделки или закрепляются анкерами. Сплошная железобетонная обделка возводится только на участках геологических нарушений массива. Для изоляции ёмкостей от внешней среды устраиваются герметичные перемычки. С целью повышения непроницаемости массива проводятся работы по его тампонированию.
Для хранения светлых нефтепродуктов, агрессивных жидкостей и газов могут использоваться не только прочные скальные породы, но и глины.
В штате Огайо на глубине 110 м сооружено подземное хранилище сжиженных газов объёмом 135 тыс. м 3 . Оно представляет
Рис. 2.107. Схемы подземных нефтехранилищ:
а — резервуары; 1 — выработка, 2 — зумпф, 3 — герметичная перемычка, 4, 12 — насосы, 5 — насосная камера, 6 — подходной тоннель, 7 — коллекторный тоннель; 8,9 — трубопроводы для залива и отбора нефтепродуктов, 10 — шахта, 11 — технологическая скважина; б — однокамерный резервуар; 1 — технологическая скважина, 2 — трубопровод для залива нефтепродуктов, 3 — теплоизоляция, 4 — клапан, 5 — оголовок колодца, 6, 7 — эксплуатационный и смотровой колодцы, 8 — перемычки, 9 — наклонный ствол, 10 — насос, 11 — устройство для слива, 12 — облицовка, 13 — ёмкость; в — многокамерный резервуар; 1 — ёмкости, 2 — наклонный ствол, 3 — коллекторный тоннель, 4 — эксплуатационный колодец, 5 — технологические скважины
собой систему из 40 камер-ёмкостей сечением 7,5 х 7,5 м. С поверхностью камеры соединены системой скважин.
Большое распространение получило строительство подземных резервуаров нефти, газа и нефтепродуктов в странах Скандинавии.
Рис. 2.108. Схемы расположения ёмкостей нефтехранилища по типу «Политанк»:
а. 1 — наклонный транспортный тоннель, 2 — вертикальный ствол, 3 — вентиля-ционно-вспомогательный тоннель, 4,6 — верхний и нижний обходные тоннели, 5 — ёмкости; б. 1 — наклонный транспортный тоннель, 2 — спиральный съезд, 3 — вертикальный вентиляционно-вспомогательный ствол, 4 — ёмкости, .5 — подводящие тоннели
Рис. 2.109. Нефтехранилище горизонтального типа вместимостью около 170 тыс. м 3 :
1 — тоннели—хранилища, 2 — напорный тубопровод, 3 — противопожарная воздушная камера, 4 — высоконапорная насосная станция, 5 — технические помещения, 6 — запасной выход
В Швеции к 1979 году была построена система подземных хранилищ суммарным объёмом 4,4 млн. м 3 . Удельные затраты для подземных бензохранилищ примерно в 2,5 раза ниже, чем для наземных стальных резервуаров [Обзор подземных хранилищ нефти и газа, 1988].
В Финляндии уже к середине 1970-х годов вместимость подземных хранилищ нефти превысила 3 млн м 3 , нефтепродуктов — 1,9 млн м 3 .
В большинстве случаев для хранения нефти и жидких нефтепродуктов используются две схемы расположения ёмкостей:
1. вертикальная типа «Политанк» (рис. 2.108);
2. горизонтальная (рис. 2.109).
На рис. 2.109 показано подземное хранилище промышленного бензина полезным объёмом около 170 тыс. м 3 . Хранилище состоит из трех связанных между собой параллельно расположенных камерных выработок длиной 180 м, шириной 14 м и высотой 21м.
При строительстве подземных сооружений необходимо проводить всесторонний учёт возможных последствий влияния возводимого сооружения на окружающую среду.
В целом, проблемы экологии подземного строительства характеризуются:
— разработкой мероприятий по предотвращению возможных негативных последствий строительства подземных сооружений, включая предотвращение просадок зданий и сооружений на дневной поверхности, нарушение гидрогеологического режима подземных вод, предотвращение проникновения воды из напорных тоннелей в массив, приводящего к образованию размывов и карстов и т.п.;
— выявлением в массиве горных пород зон разуплотнения, опасных для строительства подземных сооружений;
— применением экологически эффективных технологий освоения подземного пространства;
— необходимостью строительства подземных сооружений нового поколения, предусматривающих максимальный комфорт и безопасность пребывания в них людей.
За рубежом с середины 70-х годов прошлого века нашло широкое применение экологическое аудирование промышленных предприятий, смысл которого заключается в стимулировании деятельности производителя по предотвращению или снижению загрязнения окружающей среды.
В РФ экологическое аудирование промышленных предприятий стало проводиться лишь с середины 1990-х годов, и было связано с необходимостью соответствия производственной практики промышленных предприятий международным требованиям и стандартам для получения иностранных инвестиций и участия в международных проектах. Правовой основой этого процесса ста-
ли: Постановление правительства РФ № 1229 «О создании Единой государственной системы экологического мониторинга России» от 24.11.93 г. и Приказы Минприроды России: № 412 «Об экологическом аудировании» от 11.10.95 г. и № 540 «Об организации экологического аудита» от 29.12.95 г. С 1 апреля 1999 года были приняты государственные стандарты: ГОСТ Р ИСО 14001-98, ГОСТ Р ИСО 14004-98, ГОСТ Р ИСО 14010-98, ГОСТ Р ИСО 14011-98 и ГОСТ Р ИСО 14012-98, базирующиеся на международных экологических стандартах качества ISO 14000.
В горнодобывающей промышленности разрабатываются методы аудита информации, получаемой при проведении горно-экологического мониторинга, определяемого как специальная информационно-аналитическая система контроля и оценки состояния окружающей среды в зоне действия предприятий горнодобывающей промышленности. При этом горно-экологический мониторинг основывается на определении источников воздействия на окружающую среду каждого конкретного объекта горного производства (обогатительная фабрика, карьер, подземный рудник и пр.) и формировании на горнодобывающем предприятии системы наблюдательных сетей. Работа наблюдательных сетей носит, в первую очередь, статистический характер и позволяет своевременно получать необходимую информацию о состоянии окружающей среды и изменениях, происходящих в ней под воздействием горного производства. При аудировании полученной информации проверяются данные о существовании на предприятии системы горно-экологического мониторинга, годовые отчётные данные о влиянии горного производства на окружающую среду и достоверность предоставляемых данных [Певзнер, 1999].
К настоящему времени назрела необходимость разработки систем экологического аудирования для проектирования, строительства и эксплуатации подземных сооружений, возводимых в крупных городах и городах-мегаполисах. В этом случае основная задача экологического аудирования — это не только независимое исследование всех аспектов хозяйственной деятельности промышленного предприятия для установления размера прямого или косвенного воздействия на состояние окружающей среды, подразумевающее статистическую констатацию существующего положения вещей, но и разработка мероприятий и рекомендаций по наиболее безболезненной интеграции подземного объекта в
геоэкологическую среду. Таким образом, основная задача экологического аудирования подземного строительства — соблюдение баланса между условиями сохранения или минимального нарушения природной среды и полного, качественного и экономически выгодного производственного процесса.
Экологическое аудирование должно проводиться уже на предпроектной стадии и включать в себя различные виды работ i для разных стадий «жизни» сооружения.
1. До начала строительства — комплексный геоэкологиче-, ский анализ территории, включая геомеханическое обеспечение подземного строительства и прогнозирование гидрогеологиче-• ских условий осваиваемой территории.