Подземные и заглублённые сооружения в промышленности используются для размещения производств различного технологического назначения. В них размещают: корпуса первичного дробления руды, приёмные устройства перерабатываемого сырья на предприятиях строительных материалов, скиповые ямы доменных цехов, подземные части бункерных эстакад, установок грануляции шлаков, непрерывной разливки стали, вагоноопро-кидывателей, подземные этажи или подвальные помещения на машиностроительных предприятиях, ткацких фабриках и т.п.
В Швеции [Мостков, Дмитриев, Рахманинов, 1993] под землей размещена большая номенклатура заводов по производству высокоточных приборов, электронного оборудования, реактивных двигателей, самолётов, предприятий оборонного значения. Большинство из них представляет собой камерные выработки пролётом от 15—20 до 30 м, высотой 10—15 м и длиной от 30 до 100 м, возведённые в крепких скальных породах без применения обделки. Многолетний опыт эксплуатации подобных предприятий говорит об отсутствии вредного влияния работы под землей на здоровье персонала.
Шведскими специалистами установлена экономическая целесообразность строительства подземных промышленных предприятий. Это обосновывается снижением эксплуатационных затрат на содержание и обслуживание помещений. Наибольшее число промышленных предприятий здесь сооружается буровзрывным способом в крепких скальных породах.
В период Второй мировой войны в Германии в имеющихся горных выработках и специальных подземных сооружениях были размещены около 150 заводов и цехов. Например, в Норд-хаузе был устроен завод по производству ракет ФАУ, размещён-
ный в двух параллельных тоннелях шириной 18 м и высотой 13 м, соединённых между собой поперечными выработками. Много подземных заводов было устроено в Великобритании. Один из них располагался в меловых отложениях. Его цеха представляли собой системы параллельных выработок протяжённостью 200 м и сечением 7×6 каждая. Во Франции подземные заводы размещались в тоннелях длиной до нескольких километров и пролётом по 12—17 м. В США подземные предприятия, производящие высокоточные оптические инструменты, телевизоры и проч., в основном, располагают в отработанных выработках соляных и известковых шахт. Кроме них, пригодными для размещения промышленных объектов были признаны гипсовые, свинцо-во-цинковые, мраморные, калиевые* железорудные, железокол-чедановые, сланцевые, медные, золотые, смоляные, глиняные и песчаные шахты. Каменноугольные шахты считаются непригодными из-за малой высоты выработок, неустойчивости кровли, опасности выделения газа и образования угольной пыли.
Американскими специалистами были проведены исследования, показавшие, что:
— под землёй целесообразно размещать предприятия тех отраслей промышленности, в которых перевозка исходного сырья и материалов, а также готовой продукции не требует применения железнодорожного транспорта, а может производиться автомобильным транспортом. В большинстве случаев, для размещения промышленных предприятий такого типа требуются помещения высотой до 4 м и для них могут быть использованы существующие горные выработки, в которых закончена добыча полезных ископаемых;
— подземные химические заводы целесообразно размещать в специально построенных для них выработках, т.к. переоборудование существующих шахт требует значительного увеличения их габаритных размеров с целью организации сложного производственного процесса. Если сырье и готовая продукция являются жидкостями, то для их перекачки целесообразно применять специально оборудованные скважины;
— в гранитах, песчаниках, известняках, отложениях каменной соли можно возводить большепролётные сооружения, располагая опорные целики через регулярные промежутки.
Глубина заложения промышленных предприятий определяется соображениями безопасности, а также различными технологическими требованиями. Например, в корпусах первичного дробления руды, в приёмных устройствах предприятий по переработке и производству строительных материалов глубина заложения определяется необходимостью перемещения перерабатываемого материала под действием силы тяжести.
На рис. 2.89 представлена схема корпуса первичного дробления руды I и II стадий. Загрузка дробилки первой стадии производится через приёмный бункер, второй стадии — через промежуточную ёмкость. Всё технологическое оборудование размещается под землей. Для доступа обслуживающего персонала используется пассажирский лифт и открытая металлическая лестница. В нижней части корпуса обычно размещают вспомогательные помещения для подающего механизма и транспортёра. В подземных помещениях предусматриваются отопление и вентиляция. Глубина подземной части корпуса от отметки загрузки до дна достигает 60 м и более (рис. 2.90).
; В установках непрерывной разливки стали (УНРС) технологический процесс производится по вертикали, чем определяется глубина заложения таких сооружений, составляющая порядка 30 м. Парис. 2.91 приводится схема подземного сооружения для установки непрерывной разливки стали, возведённого в действу-
Рис. 2.90. Корпус крупного дробления руды:
1 — галереи для транспортёров, 2 — нижняя часть ствола, 3 — стена, 4 — монолитные железобетонные пояса, 5 — вмещающий грунтовый массив, 6 — железнодорожные вагоны, 7 — мостовой кран, 8, 10 — дробилки, 9 — перекрытия, 11 — днище корпуса, 12 — галереи для натяжной станции, 13 — пески мелкозернистые, 14 — глины алевролитовые, 15 — крепкие мергели, 16 — суглинки, 17 — лёсы, 18 — суглинки лёссовидные, 19 — водопонижающие скважины
ющем мартеновском цехе. Диаметр ствола глубиной 30 м составляет 25 м. Основные ограждающие конструкции выполнены из железобетонных тюбингов, подвешенных к оголовку из монолитного железобетона.
На коксохимических заводах под землёй устраивают роторные вагоноопрокидыватели глубиной 16—18 м, предназначенные для механизированной выгрузки железнодорожных вагонов.
В г. Перно (Финляндия) построен подземный бассейн — док для ремонта морских судов (рис. 2.92). Док состоит из бассейна длиной 480 м, шириной 80 м и глубиной 16 м, пройденного в гра-
{ Рис. 2.91. Схема установки непрерывной разливки стали в г. Донецке: ; 1 — лифт, 2 — междуэтажные перекрытия, 3 — внутренняя камера, 4 — оголовок, : 5 — тюбинги, 6 — тампонажный слой, 7 — монолитное днище, 8 — гидроизоляция
* нитах и слюдяных сланцах, и тоннеля для сообщения дна бассейна с зоной верфи. После заводки судна в док и откачки из него воды, корабль садится на килевые дорожки и в таком положении на нём проводятся все работы.
При проектировании промышленных предприятий в подземных выработках необходимо предусматривать планировку цехов, служб и административно-бытовых помещений с учётом возможности создания и использования универсальных объёмно-планировочных решений, санитарно-технических и энергетических устройств, изменения программы выпуска и технологии производства. Расположение цехов должно обеспечивать прямо-
Рис. 2.92. Схема подземного дока. Перно, Финляндия
точность производственного цикла и комплексную механизацию транспорта.
Подземные сооружения промышленного назначения могут размещаться как в один, так и в несколько ярусов, а также возможно устройство многоэтажных помещений в камерных выработках большой высоты. Оптимальной считается коробовая форма поперечного сечения выработки, обеспечивающая не только лучшее восприятие горного давления, но и возможность использования подсводового пространства. Это обеспечивает максимальное освоение подземного пространства промышленным предприятием.
При строительстве гидроузлов широко используются подземные сооружения: гидротехнические тоннели, шахтные турбинные водоводы, уравнительные шахты и резервуары, подземные машинные залы, камеры затворов и трансформаторные, подземные бассейны ГАЭС. В настоящее время в мире построены более 400 подземных ГЭС и ГАЭС. Сравнение стоимости наземных и подземных вариантов показывает, что разница обычно не превышает ± 5^10 % [Мостков, Дмитриев, Рахманинов, 1993], однако подземная компоновка станций имеет следующие преимущества:
— компоновочные: минимальные нарушения природной среды, сокращение длины напорных водоводов, защита сооружений от неблагоприятных природно-климатических и инженерно-геологических явлений и процессов, удешевление эксплуатации;
— конструктивные: облегчение конструкций и снижение удельного расхода бетона за счёт использования несущей способности скального массива;
— технологические: возможность применения единых технологических схем производства работ, не зависящих от климатических условий.
В состав подземных ГЭС и ГАЭС входят*:
Водоприёмник (поверхностный или глубинный). Он представляет собой напорный или безнапорный тоннель переменного сечения, проложенный в бортовом склоне водохранилища и перекрытый на входе затворами и сороудерживающими решётками (рис. 2.94). Площадь поперечного сечения водоприёмника на входе определяется допустимыми скоростями движения воды перед сороудерживающими решётками, по мере заглубления в массив площадь сечения водоприёмника плавно уменьшается до достижения площади сечения деривационного водовода.
Рис. 2.94. Водоприёмники:
а — глубинный; 1 — шахта ремонтных затворов, 2 — дневная поверхность, 3 — аэрационная шахта, 4 — помещения аварийных затворов, 5 — аэрационная труба, 6 — сороудерживающая решётка;
б — поверхностный; 1 — балка—забрало, 2 — паз ремонтных затворов и сороудер-живающих решёток, 3 — аварийно-ремонтный затвор, 4 — подъёмник аварийно-ремонтного затвора, 5 — напорный деривационный тоннель, 6 — аэрационная шахта, 7 — защитная сетка
В компоновках ГАЭС водоприёмники используются в качестве водовыпусков при работе ГАЭС в насосном режиме.
Деривационный тоннель — это протяжённый гидротехнический тоннель, предназначенный для подвода или отвода воды и создания напора на гидроагрегаты. Деривационные тоннели принято подразделять на верховые и низовые: верховые используются для подвода воды к гидроагрегатам ГЭС и ГАЭС и отвода воды в насосном режиме ГАЭС; низовые — для отвода воды в турбинном режиме и подвода ее — в насосном.
При использовании глубинного водоприёмника верховая деривация выполняется напорной и в конце сопрягается с уравнительным резервуаром (рис. 2.95). При использовании поверхностного водоприёмника (рис. 2.96) подводящий тоннель проектируется безнапорным.
Отводящая деривация также может проектироваться как напорной, так и безнапорной (см. рис. 2.95). Выбор типа отводящего тоннеля определяется диапазоном колебания уровня воды в нижнем бьефе гидроузла.
Энергетические водоводы используются для распределения водного потока от подводящего тоннеля к гидроагрегатам (рис. 2,97).
Рис. 2.95. Концевая (а) и промежуточная (б) схемы компоновки подземных ГЭС:
1 — водоприёмник, 2 — подъёмные механизмы, 3(4) — энергетические водоводы, 5 — машинный зал, 6 — помещения затворов, 7 — шинный тоннель, 8 — выходной портал, 9 — низовой деривационный водовод, 10 — шахта затворов, 11 — транспортный тоннель, 12 — пьезометрический уровень, 13 — аэрационная шахта, 14, 15 — верховой и низовой уравнительные резервуары, 16 — верховой деривационный водовод
Рис. 2.96. Деривационная ГЭС с низконапорным головным узлом (а — план, б — разрез):
1 — водосбросная плотина, 2 — водоприёмник с отстойником, 3 — безнапорный деривационный тоннель, 4 — бассейн суточного регулирования, 5 — соединительный канал, 6 — напорный бассейн, 7 — энергетический водовод, 8 — подземный машинный зал, 9 — безнапорный отводящий тоннель
Рис. 2.97. Компоновка энергетических водоводов:
1 — подземный машинный зал, 2 — помещение затворов, 3 — помещение силовых трансформаторов и затворов отсасывающих труб, 4 — галерея шин генераторного напряжения, 5 — энергетические водоводы, 6 — безнапорные отводящие водоводы, 7 — силовой трансформатор, 8 — отсасывающие трубы
Уравнительные резервуары — это шахты, размещаемые как на подводящих, так и на отводящих деривационных водоводах для их защиты от гидравлического удара (рис. 2.98). Уравнительный резервуар заменяет собой предохранительный клапан, снижающий величину гидравлического удара при резком изменении давления в тоннеле. Причиной изменения давления может быть изменение режима работы станции, внезапная остановка турбины, различные нештатные ситуации.
Аэрационные шахты предназначены для подачи воздуха в водоводы в случае их отключения от водоприёмника (см. рис. 2.94, а), для поддержания атмосферного давления на поверхности воды при колебании уровня в уравнительном резервуаре (см. рис. 2.95), для гарантированной работы безнапорного деривационного тоннеля большой протяжённости в безнапорном режиме, для подачи чисто-
Рис. 2.98. Уравнительный резервуар с холостым водосбросом: 1 — деривационный тоннель, 2 — соединительная шахта, 3 — верхняя камера, 4 — сбросной тоннель из уравнительного резервуара, 5 — уравнительный резервуар, 6 — дополнительное гидравлическое сопротивление, 7 — соединительный тоннель
Рис. 2.99. ГАЭС с низовым подземным бассейном: 1 — водоприёмник, 2 — осадочные породы, 3 — граниты, 4 — напорная шахта, 5 — галереи затворов, 6 — подземный бассейн, 7 — ось агрегата, 8 — машинный зал ГАЭС, 9 — камера затворов
го воздуха с поверхности в подземные машинные залы, камеры затворов, трансформаторные и пр.
Подземные низовые бассейны ГАЭС используют для создания необходимого напора и в тех случаях, когда производится отвод воды в открытый бассейн или реку. Нижний подземный бассейн представляет собой крупную камерную выработку пролётом около 20 м и высотой около 30 м, расположенную на значительной глубине (порядка 1—1,2 км) от земной поверхности (рис. 2.99), либо систему протяжённых параллельных безнапорных тоннелей, объединённых общей сборной галереей (рис. 2.100), и рассчитанных на аккумуляцию объёма воды в течение суток при работе ГАЭС в пике графика нагрузки энергосистемы. Кроме параллельных, возможны системы перекрёстных тоннелей и другие компоновочные варианты.
Строительные тоннели предназначаются для пропуска бытовых расходов реки в период строительства гидроэнергетического
Рис. 2 .100. Подземная ГАЭС с низовым резервуаром в виде системы протяжённых безнапорных тоннелей: а — разрез по основным сооружениям, б — план сооружений; 1 — водоприёмник, 2 — напорные энергетические водоводы, 3 — подземный машинный зал, 4 — вентиляционная и шинно-кабельная шахта, 5 — вентиляционная шахта нижнего резервуара, 6 — затворы отсасывающих труб, 7 — подземный нижний резервуар, 8 — транспортный тоннель, 9 — открытое распределительное устройство, 10, 11— подходные тоннели, 12 — отсасывающие трубы, 13 — здание вентиляторов, 14 — вентиляционный тоннель, 15 — вход в подходной тоннель
комплекса. Они могут проектироваться как временные, только на период строительства, так и постоянные — по окончании строительства они используются для пропуска паводка. В этом случае, после полного или частичного завершения строительства, часть строительного тоннеля включают в постоянный эксплуатационный водосброс гидроузла. Для этого напорный участок строительного тоннеля отсекают бетонной пробкой, устраивают постоянный водозабор, соединённый наклонным тоннелем с постоянным водосбросом. Начальный участок строительного тоннеля затапливается при заполнении водохранилища и в дальнейшем не используется.
Подземный машинный зал предназначается для размещения и обслуживания основного гидросилового оборудования (гидротурбин, генераторов, повышающих трансформаторов) (рис 2.101).
Размеры подземных машинных залов ГЭС и ГАЭС определяются размерами основного гидросилового и гидромеханического оборудования. Существенное влияние на габариты подземных машинных залов оказывают инженерно-геологические условия района строительства: в неблагоприятных условиях проектировщики вынуждены уменьшать пролёт выработки, что, в свою очередь, ведёт к изменению мощности и размеров основного энергетического оборудования или к увеличению числа агрегатов при заданной установленной мощности станции.
Кроме инженерно-геологических условий, на габариты под-, земного машинного зала влияет размещение силовых трансформаторов и затворов на турбинных водоводах. Согласно принятой классификации, подземные машинные залы подразделяются на две основные группы:
1. в машзале размещаются только гидроагрегаты. Силовые трансформаторы выносят на поверхность земли, либо размещают под землёй в отдельной камерной выработке; затворы на энергетических водоводах совмещают с водоприёмниками или также размещают в отдельных помещениях;
2. в машинном зале устанавливают силовые трансформаторы или затворы на подводящих водоводах, либо вместе и то, и другое.
Переходным вариантом между поверхностной и подземной компоновками является полуподземный машинный зал, выполняемый в виде траншеи в скальных породах. Сверху траншея пере– крывается либо железобетонным сводом с обратной засыпкой ка-’менной наброской, либо металлическими фермами (рис. 2.102). «Такое расположение позволяет использовать несущую способ-юность скального массива, уменьшить объём бетона и железобето на за счёт использования несущей способности скального масси ва, облегчить ведение строительно-монтажных работ, сократить трансформаторные коммуникации, выполнить значительную < часть земляных работ открытым способом.
Помещения силовых трансформаторов предназначены для размещения повышающих трансформаторов. По возможности эти выработки должны располагаться как можно ближе к машинному залу и сообщаться с ним кабельными тоннелями или шахтами. Наземное или подземное расположение трансформаторов определяется расстоянием от машинного зала до поверхности
Рис. 2.102. Полуподземные ГЭС:
а — ГЭС Сторфинфорсен (Швеция); 1 — сегментный затвор, 2 — лаз в турбинный водовод, 3 — кабельная шахта, 4 — дренажная галерея, 5 — турбинный водовод, 6 — помещение затворов отсасывающих труб, 7 — каменная засыпка; б — Ви-люйская ГЭС (Россия); 1 — отсасывающая труба, 2 — насосное помещение, 3 — затвор, 4 — кабельный коридор, 5 — транспортно-вентиляционная шахта, 6 — кран, 7 — дренажная галерея
земли. При удалении гидрогенераторов от трансформаторов, измеряемом первыми сотнями метров, происходят большие потери электроэнергии при ее передаче. В этом случае для установки трансформаторов проектируют отдельные камерные выработки, соизмеримые по размерам с габаритами машинного зала (рис. 2.103).
Силовые трансформаторы могут располагаться не только в отдельных выработках, но и в верхней части низового уравнительного резервуара, в специальных нишах в скальном массиве, примыкающем к машинному залу, под полом машинного зала между генераторами.
Помещения затворов располагают за глубинным водоприёмником, уравнительным резервуаром, перед машинным залом на энергетических водоводах, за машинным залом на отсасывающих трубопроводах (см. рис 2.95). Эти выработки соединяются с поверхностью посредством тоннелей или шахт, обеспечивающих возможность подвоза оборудования и доступа эксплуатационного персонала.
Рис. 2.103. Подземная ГЭС с раздельным размещением основных помещений:
1 — машинный зал, 2 — помещение силовых трансформаторов и затворов отсасывающих труб, 3 — помещение затворов, 4 — вентиляционная шахта, 5 — галерея шинных выводов, 6 — соединительный тоннель
: Гидротехнические тоннели используются не только для подвода и отвода воды к ГЭС и ГАЭС, но и для передачи больших объёмов воды на значительные расстояния. Форма поперечного сечения таких тоннелей, чаще всего, бывает круглой, корытообразной или подковообразной (см. рис. 2.2). Обделка обычно вы-ролняется из монолитного бетона или железобетона. В последние годы всё чаще для крепления стен безнапорных тоннелей используется набрызгбетон с анкерами.
Трассу гидротехнического тоннеля, по возможности, стараются прокладывать по прямой. Это позволяет минимизировать длину тоннеля, снизить гидравлическое сопротивление, потери энергии на ГЭС, уменьшить капиталовложения. Во многих случаях проектировщики вынуждены отступать от прямолинейной в плане трассы. Причинами этого являются неблагоприятные ..инженерно-геологические условия, топография местности, способы производства работ.
При большой протяжённости тоннеля проходка с двух порталов может значительно увеличить сроки строительства, поэтому
гко прибегают к использованию дополнительных забоев и , что, в свою очередь, может приводить к искривлению трас-«неля в плане. Боковые забои открывают в ложбинах, низи-[ оврагах, проходящих вблизи от трассы тоннеля, ля безнапорных тоннелей трасса в профиле размещается та-эбразом, чтобы соблюсти условия эксплуатации тоннеля в торном режиме. Это, в первую очередь, обеспечивается за-2м гидравлических условий на входном и выходном порта-
постоянным геометрическим уклоном по трассе. Непреду-эенный при проектировании безнапорных тоннелей переход орный режим приводит к разрушению обделки свода и стен эт резких перепадов давления, и, как следствие, к вывалам 1ы и другим аварийным ситуациям. По этим же причинам ют трассы тоннеля в плане не должен превышать 60°, а ра-закругления не должен быть менее пяти пролётов тоннеля в
. При высоких скоростях движения воды (свыше 10 м/с), и радиус поворота проектируются на основании результатов >аторных исследований.
арактерным примером является тоннель для переброски из реки Арпы в озеро Севан (см. рис 1.7). Протяжённость ;ля 48 км. Для ускорения строительства тоннель проходил-юмощью 11 забоев: два на входном и выходном участках и ъ созданы с помощью четырёх шахт и понижений местно-ри пересечении трассой тоннеля реки Элегис. Москве в 1940-м году между Химкинским водохранилищем овинским прудом был проложен безнапорный тоннель, по юму вода из водохранилища самотёком поступает в трубы, :м обводняет реки Лихоборка и Яуза.
Финляндии для водоснабжения Хельсинки запроектиро- i построен тоннель Пяйянне. Протяжённость тоннеля м, площадь поперечного сечения 15,5 м 2 . Для обеспечения ционирования тоннеля был построен поверхностный водо-и расположенные под землёй две насосные станции и . Управление и контроль за работой тоннеля ведётся с еди-диспетчерского пункта. Тоннель был построен в течение -1982 годов. Строительство велось на трёх участках протя-эстью 35, 59 и 26 км. Средняя скорость проходки составля-—100 м в неделю. Для крепления свода и стен использова-
Рис. 2.104. Гидротехнический тоннель для подачи воды в рыбохозяйство. Финляндия
лись анкера. Примерно на 1 /6 от длины тоннеля была выполнена железобетонная обделка, в зонах инженерно-геологических нарушений проводились работы по инъецированию.
Гидротехнические тоннели могут использоваться не только •для переброски стоков, обводнения участков рек, водоснабжения
■ и отвода ливневых и сточных вод. В 1984 году в Восточной Финляндии был построен тоннель для подачи воды в рыбохозяйство (рис. 2.104). В начале тоннеля был построен водозабор, а в конце — распределительный бассейн, откуда вода по четырём распределительным трубопроводам подаётся на различные участки
; рыбохозяйства.
Одной из важнейших проблем современной цивилизации является исчерпание невозобновляемых природных источников органического топлива. Например, при сохранении нынешнего уровня потребления природного газа его запасов хватит только на 60 лет. Поэтому уже многие годы ведутся поиски максимально безопасных альтернативных источников тепловой и электрической энергии, к которым относятся подземные атомные и гидроэлектрические станции.
2.5.1. Атомные электростанции
Многочисленными отечественными и зарубежными исследователями показано, что строительство и эксплуатация подземных АЭС (ПАЭС) являются более безопасными, экологически и экономически выгодными по сравнению с наземными вариантами [Мостков, Кирилов, Николаев, 1985; Юфин, 1989; Мостков, Дмитриев, Рахманинов, 1993; Котенко, Морозов, Петров, 1999]. Это подтверждается почти тридцатилетним опытом эксплуатации экспериментально-промышленных подземных АЭС во многих странах мира, в том числе и в России.
На рис. 2.93 приводятся компоновки подземных АЭС, запроектированных в США.
Обычно ПАЭС состоит из трёх основных частей:
энергогенерирующий комплекс (атомный реактор, парогенератор, турбогенератор);
Рис. 2.93. ПАЭС, проекты США:
а — ПАЭС Безлайн; 1 — центр управления, 2 — секция электрооборудования, J —
6 — камеры реакторов, трансформаторов, турбин, вспомогательных устройств,
7 — тоннели,
б — ПАЭС «Харца Инжиниринг»; 1 — подреакторное помещение, 2 — оболочка реактора, 3 — шахта для трубопровода, 4 — шахта для персонала, 5 — турбинная камера, 6 — вентшахта, 7 — транспортная шахта, 8 — сепаратор пара, 9 — топливный бассейн
технологический комплекс для сбора и обработки радиоактивных отходов;
комплекс горных выработок для хранения переработанного ядерного топлива.
Возможный риск возникновения аварийных ситуаций снижается за счёт системы многобарьерной защиты, основанной на изоляционных свойствах вмещающего горного массива. При гипотетической аварии с расплавлением активной зоны реактора объём аварийного выброса уменьшается за счёт того, что:
1. горные породы, в которых размещается ПАЭС, являются достаточно надёжным барьером распространения газообразных и жидких радионуклидов;
2. при строительстве реакторной камеры применяются специальные методы проведения буровзрывных работ или механизированная проходка, снижающие до минимума нарушения естественного состояния горного массива и его изолирующих свойств;
3. железобетонная обделка реакторной камеры проектируется таким образом, чтобы при любых авариях не нарушалась целостность вмещающего массива;
4. для дополнительного улучшения физико-механических и изолирующих свойств горных пород в районе реакторной камеры и хранилища радиоактивных отходов проводится их укрепительная цементация или тампонаж с использованием химических растворов.
Таким образом, при подземном размещении АЭС решаются многие проблемы.
1. Повышается безопасность эксплуатации за счёт того, что:
конструкция И вмещающий массив воспринимают аварийные нагрузки и являются универсальным барьером, надёжно изолирующим ПАЭС от окружающей среды;
снижается интенсивность вероятных сейсмических воздействий;
при аварийном охлаждении реактора возможна организация отвода тепла непосредственно в грунт, либо устройство теплоак-кумуляторов, использующих тепло, отводимое от реактора, работающего в штатном режиме;
проблема утилизации и нераспространения радиоактивных отходов решается за счёт организации в станционном комплексе
долговременного хранилища отработанного ядерного топлива, что на достаточно длительное время откладывает необходимость его переработки и транспортировки.
2. Повышается экономическая конкуретноспособность АЭС за счёт того, что:
подземное размещение АЭС позволяет расположить станцию в непосредственной близости от городской черты. Это повышает эффективность теплоэлектроснабжения за счёт сокращения потерь энергии при передаче на большие расстояния и использования тепла, выделяемого реакторами ПАЭС, для централизованного теплоснабжения;
процесс ликвидации ПАЭС сопровождается значительно меньшими затратами на демонтаж, дезактивацию и захоронение отходов и конструкций по сравнению с наземной АЭС. Отработавшие срок службы реакторные блоки и конструктивные элементы могут захораниваться на месте при минимальной стоимости и объёме работ;
устройство в общем станционном комплексе долговременного (на 100—200 лет) хранилища радиоактивных отходов не только решает проблемы их утилизации, но и значительно снижает её стоимость.
При подземном расположении АЭС появляются принципиально новые возможности пространственной компоновки станции (см. рис. 2.93) и облегчаются основные несущие конструкции за счёт передачи части нагрузок на массив. Чаще всего используются следующие варианты объёмно-планировочных решений:
реакторная группа оборудования и систем размещается под землёй, а все остальные системы — на поверхности;
всё оборудование и системы размещаются под землёй в одной камерной выработке;
всё оборудование и системы размещаются под землёй в нескольких камерных выработках, соединённых между собой системами тоннелей.
При разработке камерных выработок ПАЭС предъявляются повышенные требования к сохранности контура выработки, к конструкции и материалам обделки. К массивам горных пород предъявляют те же требования, что и при проектировании хра-
нилищ радиоактивных отходов, отдавая предпочтение породам с коэффициентом крепости по шкале Протодьяконова f Kp > 10.
Таким образом, подземное размещение АЭС обеспечивает её надёжность, экономическую эффективность, безопасность эксплуатации и последующей ликвидации станции.
р Под землёй могут располагаться различного вида склады и ; хранилища: архивы, холодильники и морозильники продуктов, | склады вина, пива, прохладительных напитков, хранилища неф-: ти, газа, нефтепродуктов, взрывчатых веществ, склады машин и оборудования.
) Подземное размещение складских помещений имеет ряд несомненных преимуществ по сравнению с наземным (рис. 2.105):
[ — благоприятные температурный и влажностный режимы, способность скального массива в течение длительного времени сохранять постоянную температуру и влажность, что гарантирует сохранность продукции и материалов в течение длительного времени, в том числе и при отключении внешнего энергоснабжения;
Рис. 2.105. Относительные расходы на строительство (а) и эксплуатацию (б) хранилища [Саари, Рейнистпо, Лайне, 1993]
— значительно более низкое удельное энергопотребление;
— безопасность хранения взрывчатых, вредных, агрессивных и других материалов, а также материалов и оборудования, чувствительных к вибрации;
— возможность оптимального размещения складских помещений в подземном пространстве, позволяющая достичь наиболее рационального расположения и взаимосвязи всех частей и служб хранилища;
— использование несущей способности скального массива для облегчения, а, в некоторых случаях, и полного исключения постоянного крепления выработок;
— снижение транспортных расходов за счёт размещения складских помещений в непосредственной близости от производственных предприятий и жилых зон;
— пожарная безопасность.
При размещении складских помещений в подземном пространстве необходимо предусматривать максимальное использование естественных температурно-влажностных условий выработки. Например, хранилища вин и консервированной продукции не требуют изменения естественных температурно-влажностных параметров, в общетоварных складах и хранилищах необходимо снижение только абсолютной влажности воздуха, а в охлаждаемых складах — только понижение температуры.
В зависимости от способа производства работ, вида хранимого продукта, функционального назначения объекта и глубины заложения, а также инженерно-геологических условий, хранилища могут создаваться в отложениях каменной соли, плотных
скальных породах и в мягких грунтах, расположенных ниже уровня грунтовых вод. Военно-инженерным ведомством США для размещения складских помещений разработана программа строительства подземных выработок большой протяжённости во льдах Гренландии.