1 — тоннель глубокого заложения, 2 — коллектор мелкого заложения
щей требованиям государственных норм и рассчитанной на длительные сроки безаварийной эксплуатации.
Институтом Мосинжпроект для прокладки коллекторных тоннелей используются щиты диаметром 3,6 м и 4 м. Обделка тоннелей возводится из сборных железобетонных блоков. Для повышения водонепроницаемости тоннеля швы между блоками зачеканиваются специальным раствором на основе водонепроницаемых быстротвердеющих цементов. После гидроизоляции швов и тампонирования возводится внутренняя обделка из монолитного гидротехнического бетона (рис. 2.119). Между монолитной железобетонной рубашкой и сборными блоками может укладываться металлоизоляция.
Составной частью схем теплоснабжения являются камеры тепловых сетей. Камеры возводятся из монолитного или сборного железобетона. С внешней стороны стен и днища укладывают металлоизоляцию.
В Москве на глубине порядка 30—35 м (рис. 2.120) построен канализационный коллектор от гостиницы «Метрополь» до Котельнической набережной. Коллектор диаметром 4 м состоит из 2-х участков: от Новой площади до гостиницы «Метрополь», протяжённостью 358 м, и от Славянской площади (бывш. Старая площадь) до Котельнической набережной, протяжённостью 880 м. Промежуточный участок длиной 653 м был выполнен ранее. Вследствие того, что тоннель проходит под р. Яуза и
Рис. 2.119. Конструкция тоннеля щит овой прокладки (диаметр 4 м): 1 — наружная обделка из железобетонных блоков, 2 — внутренняя обделка из монолитного гидротехнического бетона, 3 — гидроизоляция, 4 — торкретбетон, 5 — бетонный пол
Рис. 2.120. Геологический разрез по участку строительства коллекторного тоннеля глубокого заложения в Москве [Неретин, Бузов, 2001]
по всей его трассе размещены жилые и административные здания, в частности: Минтопэнерго, Военная Академия, поликлиника, РАО «ЕЭС России»; была организована наземная геодезическая сеть для контроля за осадками дневной поверхности и деформациями зданий. Вдоль всей трассы тоннеля на каждом здании по определённой схеме устанавливались репера для наблюдения за состоянием самих зданий и их фундаментов; для наблюдения за просадками дневной поверхности устанавливались грунтовые репера. Проведённые измерения показали, что осадки зданий и сооружений по трассе тоннеля и вблизи неё практически отсутствовали.
2.7.2. Системы теплоснабжения и теплоаккумулируюшие ёмкости
За рубежом уже более 30 лет эксплуатируются подземные теплоаккумулирующие ёмкости, представляющие собой изолированные резервуары объёмом от 10 тыс. до 100 тыс. м 3 . Тепло-аккумулирующие свойства скального массива позволяют в течение длительного времени сохранять постоянную температуру воды в резервуарах. Чаще всего используют одно из трёх компоновочных решений:
резервуары мелкого заложения, устраиваемые открытыми способами с применением теплоизоляционных материалов (рис. 2.121, а);
подземные выработки в прочном, плотном, водонепроницаемом скальном массиве (рис. 2.121, б);
система изолированных скважин (рис. 2.121, в).
В г. Керава (Финляндия) с 1983 года эксплуатируется «солнечная деревня», представляющая собой микрорайон из 44 коттеджей. На крышах домов установлены солнечные батареи-накопители с жидкостной циркуляцией. От них тепло передаётся в теплоаккумулиру-ющую ёмкость, представляющую собой подземный резервуар в виде цилиндра диаметром около 10 м, высотой около 20 м , и объёмом 1500 м 3 (рис. 2.122). ; Выработка шахтного типа прой-( дена в прочном скальном мас-; сиве без закрепления стен и днища. Самообеспеченность та-кой системы составляет 50— ; 70 %. Дополнительный подо-грев воды производится элект-< ронагревательными устройствами. Из резервуара тепло по системе скважин, тоннелей и трубопроводов равномерно распределяется по посёлку.
Широкое применение подземные теплоаккумулирующие ёмкости нашли в Швеции. В частности, в 1983 году в г. Лу-му возведено крупнейшее в мире скважинное теплохрани -
Рис. 2.121. Схемы устройства теп-лоаккумулируюгдих ёмкостей в скальных породах: а — резервуар мелкого заложения; б — резервуар глубокого заложения; в — система изолированных скважин
лище объёмом 100 тыс. м 3 (см. рис. 2.121, в). Хранилище используется для сезонного аккумулирования тепла, получаемого от сталеплавильного завода.
Аналогичные подземные теплоаккумуляторы разработаны в нашей стране в ЭНИН им. Г.М. Кржижановского. Они предназначены для создания систем сезонного аккумулирования тепла компрессорных станций в подземных водоносных горизонтах. Аккумуляция тепла осуществляется в водоносном пласте мощностью не менее 10 м, расположенном на глубине до 500 м. Водоносный горизонт должен быть окружён водоупорными пластами.
Рис. 2.122. Система отопления и теплоаккумулирующая ёмкость «солнечной деревни». Керава, Финляндия
Рис. 2.123. Подземный аккумулятор тепла:
1 — тепловой фронт, 2 — эксплуатационная скважина, 3 — водоподготовка, 4 — теплообменник, 5 — разгрузочная скважина, 6 — насос, 7 — дневная поверхность, 8, 10 — верхняя и нижняя граница водоупоров, 9 — водоносный горизонт
При работе такого аккумулятора в режиме зарядки горячая вода от компрессорной станции нагнетается в пласт по эксплуатационной скважине (рис. 2.123, а). Для снижения давления нагнетания и повышения приемистости водоносного горизонта используется разгрузочная скважина.
При работе теплоаккумулятора в режиме разряда (2.123, б), горячая вода из пласта откачивается по эксплуатационной скважине и после водоподготовки поступает в теплообменник, а оттуда тепло отбирается и подаётся к потребителю, а охлаждённая вода закачивается через разгрузочную скважину обратно в пласт. Таким образом, каждая эксплуатационная скважина работает как в режиме извлечения, так и в режиме нагнетания.
2.7.1. Инженерные подземные сети
Подземные инженерные сети, прокладываемые в городах, по характеру их использования подразделяются на магистральные и уличные, внутриквартальные и дворовые.
1. Магистральные и уличные. К ним, в первую очередь, относятся трубопроводы больших диаметров:
водоводы, уличные водопроводные, магистральные и разводящие линии;
фекальные канализационные линии и коллекторы;
коллекторы ливневой канализации;
магистральные теплопроводы и разводящая сеть;
газопроводы магистральные, распределительные (включая разветвления) и отводы к потребителям;
сети электроснабжения высокого, среднего и низкого напряжения.
2. Внутриквартальные и дворовые. Включают в себя внутри-квартальные разводящие сети и вводы в здания.
Инженерные подземные сети и связанные с ними сооружения, размещаемые на территории микрорайонов, подразделяются следующим образом.
1. Трубопроводы: водопроводной сети; горячего водоснабжения; канализации бытовых и сточных вод;
канализации дождевых и талых вод (ливневой канализации);
дренажей;
тепловых сетей;
газоснабжения.
2. Кабели электрических сетей высокого, среднего и низкого напряжения.
3. Проходные и полупроходные каналы для совмещения прокладки трубопроводов и кабелей различного назначения.
4. Непроходные каналы тепловых разводящих сетей.
5. Непроходные каналы (сцепки) для совмещённой прокладки разводящих труб теплосети холодного и горячего водоснабжения.
При строительстве и реконструкции жилых районов и микрорайонов производится комплексное проектирование подземных инженерных сетей с учётом начертания улично-дорожной сети города, размещения крупных потребителей, характера рельефа местности и т.д. Трассирование подземных сетей выполняется с учетом планировки микрорайона, расположения существующих подземных сетей и сооружений, рельефа местности и грунтовых условий. Способ прокладки подземных инженерных сетей выбирают с учетом строительных и эксплуатационных затрат, особенностей местных условий и т.п.
Для прокладки подземных коммуникаций составляют план совмещенных трасс коммуникаций и сетей, размещаемых, как правило, вдоль магистральных улиц прямолинейно и параллельно линиям застройки, с минимально возможной длиной линии. Глубину заложения назначают в зависимости от технологических особенностей, с учетом ряда факторов, влияющих на условия работы подземных сетей.
Размещение инженерных коммуникаций относительно поверхности земли определяется в соответствии со СНиП 2.07.01-89*. При совмещенной прокладке трубопроводов в одной траншее или в канале разрывы между трубопроводами сокращаются до минимально необходимых для монтажа и ремонта сетей.
Расположение подземных инженерных сетей зависит от способа их размещения под городскими улицами и на территории микрорайона. Обыкновенно применяются следующие способы размещения: в грунте, каналах и коллекторах, технических подпольях зданий.
В общих коллекторах размещают сети водопровода, теплоснабжения, электрические кабели и газовые сети (если коллекторы оборудованы приточно-вытяжной вентиляцией и автоматической сигнализацией) (рис. 2.116).
Унифицированные размеры общих коллекторов принимаются следующими: высота 180 + 300 см с интервалом 30 см; ширина 170 270 см с интервалом 20 см. При большом количестве сетей или при больших диаметрах трубопроводов сооружают двухсекционные коллекторы (рис. 2.117).
В плане проектирование общих коллекторов должно проводится параллельно красной линии или оси проезжей части, под
тротуарами, зелёными полосами и в отведённых технических зонах.
Глубину заложения коллекторов назначают, исходя из проектных отметок вертикальной планировки территории, несущей способности их конструкций и условий температурного режима. Продольный профиль коллектора проектируется таким образом, чтобы обеспечить самотечный сток аварийных и грунтовых вод. По всей длине коллектора предусматривают водосточную канавку. Внутренние габариты принимаются исходя из условий осмотра и ремонта инженерных сетей,
Рис. 2.117. Двухсекционный коллектор из сборных элементов: 1 — трубопроводы теплоснабжения, 2 — водопровод, 3 — кабели связи, 4 — электрические кабели
Рис. 2.116. Проходной односекцион-ный коллектор:
1 — кабели связи, 2 — электрические кабели, 3 — водопровод, 4 — подающий теплопровод, 5 — обратный теплопровод
но не менее: 180 см — высота прохода в свету, 80 см — ширина прохода.
В последние годы в отечественном и зарубежном тоннелестроении наметилась тенденция к проектированию и строительству коллекторных тоннелей глубокого заложения [Саари, Рей-нисто, Лайне, 1993; Курносое, Харитоненко, 1997; Datteln, 1998; Лернер, Петренко, 1999]. Исследования, проведённые ещё в 1978 году финскими учёными, показали, что прокладка теплофикационных сетей в тоннелях более выгодна по сравнению с обычно применяемыми способами. В этом случае уменьшаются потери тепла при передаче, возникает возможность, по мере необходимости, наращивать объёмы теплопередачи за счёт прокладки в тоннеле дополнительных трубопроводов, сокращается длина пути теплопередачи. На рис. 2.118 приводится сравнение вариантов прокладки теплосети в г. Турку (Финляндия): тоннель глубокого заложения и коллектор мелкого заложения.
Для обслуживания и контроля за состоянием таких тоннелей в Германии разработаны специальные конструкции колодцев и шахт, обеспечивающие их повышенную надёжность. Конструкция смотровой шахты диаметром 135 -г-180 см включает малогабаритное закрытое надшахтное строение, оборудованное необходимой контрольно-измерительной аппаратурой, соответствую-
Дренажные тоннели (галерейные дренажи) (рис. 2.128) устраиваются в особо ответственных случаях для защиты городских территорий от подтопления, а также наиболее важных подземных сооружений глубокого заложения от проникновения в них
Рис. 2.129. Система галерейных дренажей вокруг камер затворов строительных тоннелей Рогунской ГЭС [Мостков, Орлов, Степанов, 1986]: 1 — дренажный тоннель, 2 — скважинные дрены, 3 — цементационная завеса
грунтовых вод и, при необходимости, обеспечения систематического эксплуатационного надзора. С этой целью используются тоннели и штольни кругового и коробового сечения, а также проходные и полупроходные коллекторы прямоугольного, круглого или эллиптического сечения*. Минимальная высота тоннеля в свету: проходного 1,8 м, полупроходного — 1,2 м. Глубина заложения таких тоннелей составляет не менее 4 + 5 м.
Дренажные тоннели устраиваются, в большинстве случаев, с верховой стороны фильтрационного потока, что позволяет наиболее эффективно перехватить грунтовые воды, либо по контуру сооружения. В зависимости от местных условий, системы дренажных тоннелей в плане могут быть прямо- и криволинейными, замкнутыми или незамкнутыми. В большинстве случаев, особенно в однородных породах, стараются ограничиться одноярусным дренажом, однако, при наличии нескольких водоносных горизон-
Рис. 2.130. Дренажный тоннель:
/ — скважинные дрены, 2 — шпуровые дрены, 3 — водоотводные трубы
тов, может применяться многоярусное расположение дренажных тоннелей (рис. 2.129).
В устойчивых породах дренажные тоннели стараются оставлять без обделки. В остальных породах обделку выполняют из пористого малоцементного бетона или из сборных блоков. Лоток бетонируют и устраивают водоотводную канавку.
Стены тоннелей в нижней части делают с водоприёмными щелями, заполненными пористыми материалами. Вокруг тоннелей укладывают фильтрующую обсыпку из крупнозернистого песка и гравия. Для повышения водозахватной способности и расширения радиуса действия галерейного дренажа в своде и стенах туннеля пробуриваются шпуры (длиной 1,5 н- 3,5 м) и кап-тажные скважины (длиной 10 50 м, иногда до 100 м) (рис. 2.130).
Во избежание замерзания воды в зимний период дренажные тоннели оборудуют дверями и, при необходимости, утепляют по длине.
Для отстоя, накопления и хранения питьевой воды нередко используются искусственные подземные ёмкости. Первая такая ёмкость, по-видимому, была создана в Норвегии в 1976— 1977 годах. Проведённые норвежскими учёными расчёты показывают, что при объёме ёмкости более 8 тыс. м 3 подземные хранилища оказываются дешевле наземных, устраиваемых в виде стальных или железобетонных резервуаров. На рис. 2.124 приводится план подземного водохранилища объёмом 24 тыс. м 3 .
4
Рис. 2.124. План подземного водохранилища. Квенберг, Норвегия: 1 — резервуар № 1; 2 — резервуар № 2; 3 — резервуар № 3; 4 — вход; 5 — служебные помещения
Такие водохранилища стараются располагать на незастроенных территориях, в прочных скальных массивах, ниже уровня грунтовых вод. Все нарушения сплошности в массиве закрепляются цементацией или химическими методами, нередко даже в очень прочных скальных породах выработку закрепляют и гидроизо-лируют набрызгбетоном. Кроме резервуаров, в состав подземного водохранилища входят: насосная станция, очистные сооружения, склады химических реагентов, ремонтные мастерские и др. помещения. Все служебные помещения проектируют с учётом изоляции от возможного проникновения в них грунтовых вод и загрязняющих веществ. Для разработки породы чаще всего используют механизированный способ или контурное взрывание.
Из резервуаров вода по водопроводным тоннелям подаётся в городскую систему водоснабжения. Использование в системах водоснабжения гидротехнических тоннелей, проходимых закрытыми способами, имеет следующие преимущества:
— прл проходке не нарушается дневная поверхность, сохраняется инженерное благоустройство территории, не нарушаются услович движения наземного транспорта;
— тоннели не подвергаются динамическим, климатическим й температурным нагрузкам и воздействиям, что приводит к уве-личеь;ию надёжности и сроков службы;
— не создаются неудобства населению, проживающему в районе строительства.
В Хельсинки (Финляндия) построены более 50 магистральных и разводящих водопроводных тоннелей с площадью поперечного сечения от 2 м 2 до 21 м 2 . Тоннели небольшого сечения используются как водопроводящие, а сечением более 13 м 2 — как коллекторы с несколькими трубопроводами диаметром от 40 до 100 см.
Водопроводящие тоннели могут применяться не только для водоснабжения, но и для отвода сточных вод и канализации. Они обычно устраиваются самотёчными, с уклоном 10 ^ 30 % и площадью поперечного сечения до 12 м 2 . Использование в канализационной сети безнапорных тоннелей имеет следующие преимущества по сравнению с трубопроводами:
— большая пропускная способность;
— возможность уравновешивания резких колебаний давления потока вследствие большей площади поперечного сечения и предохранения канализационной сети и очистных сооружений от перегрузки;
— значительно более длительный срок эксплуатации;
— свобода выбора трассы и независимость от существующих инженерных сетей, зданий и сооружений;
— тоннель не нарушает дневную поверхность и не ограничивает свободу землепользования.
Для отстаивания сточных вод и выравнивания потоков, препятствующих внезапному увеличению нагрузки на очистные сооружения и проникновению сильно загрязнённых поверхностных вод в водоносные горизонты и водные системы, используются запруды (рис. 2.125). Поток может регулироваться шлюзами, установленными в запруде, или регулируемым подкачиванием.
В системах водоснабжения и водоотведения, кроме тоннелей, нередко используются скважины, в которых устанавливают кислотоупорные стальные трубы. Использование скважин целесообразно при организации наиболее короткой связи тоннеля или подземного резервуара с поверхностью, особенно на участках с геологически неустойчивыми грунтами, при строительстве под железными и автомобильными дорогами, под зданиями и сооружениями или в непосредственной близости от них, в сложных инженерно-геологических условиях.
В странах Скандинавии скважины широко используются для отвода сточных вод и соединения водопроводящих тоннелей друг с другом (рис. 2.126).
В системах водоснабжения, водоотведения и канализации нередко используются подземные насосные и очистные станции, главные задачи которых: минимальное загрязнение окружающей среды, ненарушение
дневной поверхности, максимальная интеграция в инженерные системы города и минимальные затраты на эксплуатацию. Одна из возможных схем канализационной насосной станции приводится на рис. 2.127. В состав станции входят: резервуары-отстойники, аэротенки, сооружения доочистки, вспомогательные и транспортные тоннели и шахты, технические помещения. Очищенные сточные воды отводятся по сбросным тоннелям. В большинстве случаев такие тоннели проектируются самотечными, по возможности, без обделки или с набрызгбетонной крепью.
Подземные выработки используются не только для хранения вредных и агрессивных сред. Под землёй могут располагаться библиотечные хранилища, архивы, склады различных изделий и материалов.
При правильном подборе параметров системы вентиляции , подземные выработки могут использоваться для хранения различных видов документации, кино-, фото-, видеоматериалов и т.п. Для связи с поверхностью, доставки людей и материалов используются лифтовые шахты, рельсовые и автотранспортные тоннели с площадками для разворота транспортных средств и их разгрузки.
При проектировании архивных помещений значительное внимание уделяется гидроизоляции и системам пожаротушения. В комплексе работ по гидроизоляции сооружения проводят укрепительную цементацию, инъецирование химическими растворами, устройство дренажа.
Кроме системы пожаротушения должны быть предусмотрены эвакуационные выходы и устройства удаления дыма.
В 1985 году в Хельсинки был принят в эксплуатацию подземный автоматизированный склад со складированием упакованных изделий по высоте (рис. 2.114). Объём складских поме-
щений составляет 12,2 тыс. м 3 . Продукция одного из предприятий «Шелл», которому принадлежит хранилище, в специальных поддонах на рельсовом ходу поступает на склад. По вертикали поддоны распределяются автоматизированными подъёмниками.
Там же в Хельсинки построено подземное хранилище банка крови Финского Красного Креста. Сооружение состоит из трёх тоннелей длиной 90 м, шириной 10 м и высотой 6 м каждый. Отдельно построен морозильник площадью 250 м 2 , в котором постоянно поддерживается температура —40 °С. Для внутрисклад-ских перевозок материалов используются автокары.
В Москве запроектировано и построено фондохранилище музея им. А. С. Пушкина, имеющее 5 наземных и 3 подземных этажа.
В штате Пенсильвания (США) ведётся строительство Национального подземного хранилища, располагаемого в отработанных известковых шахтах на глубине порядка 70 м. В хранилище, предназначенном для хранения различных видов архивов, в частности, кино- и фотодокументов, будет поддерживаться постоянная температура 20 °С и влажность 35 %,
На рис. 2.115 показаны разрезы по складам песка и других строительных материалов. Аналогичные бункеры используются для хргления солевых и химических смесей для посыпки обледенелых дорог. Типовой объем таких бункеров составляет 1000— 4000 м 3 . В настоящее время существуют типовые решения таких хранилищ, включающих в себя, кроме склада песка, агрегаты для обработки раствора соли и бункеры для её складирования.
Такие же бункеры используются для хранения щебня и щепы.
Рис. 2.115. Разрез по однобункерному (а) и двухбункерному двухконус-ному (б) складам
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.
Кроме хранения жидких и газообразных агрессивных химических веществ, подземные выработки нередко используются для захоронения промышленных и радиоактивных отходов. Это связано с тем, что подземные хранилища имеют ряд несомненных преимуществ с точки зрения обеспечения безопасности хранения агрессивных сред по сравнению с аналогичными наземными сооружениями. С этой целью используют массивы прочных необводнённых горных пород со слабой водопроницаемостью (граниты, базальты, диабазы, габбро, гнейсы), а также массивы глин и каменных солей. Наиболее оптимальным является использование отработанных шахт и рудников по добыче полезных ископаемых, расположенных в массивах скальных изверженных нетрещиноватых горных пород на глубине свыше 1 км (рис. 2.110). Несмотря на то, что под воздействием радиации происходят изменения физико-механических свойств горных пород, понижается устойчивость массива по отношению к внешним воздействиям, повышается уровень радиоактивности, снижается стойкость бетона по отношению к химической агрессии и возникает возможность химического и радиоактивного загрязнения
Рис. 2.110. Общий вид хранилища для низко- и среднеактивных отходов: 1 — наземное здание хранилища, 2 — вертикальная шахта, 3 — подходный наклонный тоннель, 4 — технические помещения, 5 — бункер для битумизирован-ных отходов, 6 — бункер для низкоактивных отходов
подземных вод, тем не менее, согласно «Шкале событий на АЭС», разработанной и действующий в МАГАТЭ, при подземном размещении ядерных энергоблоков уровень экологического воздействия снижается, примерно, на три порядка-по сравнению с традиционными АЭС, располагаемыми на поверхности.
Для хранения отработанного ядерного топлива могут использоваться хранилища бассейного типа. На рис. 2.111 приводится схема такого хранилища объёмом около 2000 м 3 . Общая длина сооружения — около 70 м, длина бассейнов около 60 м, ширина — около 3 м, глубина — около 6 м. Конструктивно хранилище представляет собой две прямоугольные камеры, облицованные изнутри сталью. Отработанное топливо хранится в ёмкостях под защитным слоем воды.
Парис. 2.112 представлена принципиальная схема подземного сооружения, предназначенного для длительного хранения ядерных энергетических установок морских судов.
Наибольшую опасность при длительном хранении радиоактивных отходов представляют:
возможность самопроизвольной неуправляемой ядерной реакции, сопровождающейся повышенными температурой и давле-
Рис. 2.111. Хранилище бассейного типа для длительного хранения отработанного ядерного топлива
Рис. 2.112. Хранилище ядерных энергетических установок морских судов
нием на конструктивные элементы сооружений, пожарами, взрывами. Всё это влечет за собой выбросы радиоактивных материалов на поверхность и повышение радиоактивности в районе, прилегающем к хранилищу;
возможность утечки радиоактивности без возникновения неуправляемых ядерных реакций. Причинами этого могут быть: нарушение_гидроизоляции при хранении жидких радиоактивных отходов или проникновение в хранилище грунтовых вод, нарушение изоляционных свойств конструкций и т.п.;
природные и техногенные аварии: ураганы, штормы, оползни, обвалы, сейсмические воздействия, ошибки персонала, падения космических тел и летательных аппаратов, диверсии и т.п.
В связи с выше перечисленным при проектировании и строительстве подземных АЭС и могильников радиоактивных отходов принимается, что крепь или обделка сооружения должны воспринимать более половины силовых, радиационных и термических нагрузок, включая экстремальные, возникающие при аварийных ситуациях. Оптимальная глубина заложения таких сооружений определяется условием долговременного обеспечения геоэкологической и радиационной безопасности ядерного объекта. Применяемые строительные материалы должны служить надёжной и долговременной биологической защитой от радиации. Для этого можно использовать полимербетоны, армополимербетоны и пропитку скальной породы полимерами [Барбакадзе, Мураш-ми, 1989]. Эти материалы обеспечивают надежность работы системы «сооружение — вмещающий массив» и обладают повышенной несущей способностью, водонепроницаемостью, коррозионной стойкостью и долговечностью (рис. 2.113).
Рис. 2.113. Ёмкость для хранения радиоактивных отходов