книги / Строительная геотехнология

6 .1 . ОБЩ ИЕ ПОЛОЖЕНИЯ*

Размещение объектов различного назначения в под­ земном пространстве, помимо повышения эффективности использования недр, экономии территории и сохранения экологической чистоты, позволяет уменьшить затраты энергии на отопление и охлаждение помещений, сокра­ тить эксплуатационные расходы по сравнению с альтер­ нативными сооружениями на поверхности, снизить влия­ ние климатических условий.

Оптимальное развитие инфраструктуры города не­ возможно без освобождения поверхности земли от инже­ нерно-технических, подсобно-вспомогательных и других объектов, на долю которых приходится до 40 % площади городских земель. Только эти мероприятия позволят по­ высить плотность застройки промышленных зон до уров­ ня 50—60 %, как это имеет место на крупных промышлен­ ных площадях больших городов США и Европы, вместо 25— 30 %-ной плотности застройки в отечественных про­ мышленных зонах.

Урбанизация привела к негативным изменениям гео­ логической среды, истощению водных ресурсов, загрязне­ нию почвенного покрова и атмосферы, появлению техно­ генных и антибиогенных факторов, отрицательно влияю­ щих на здоровье человека. Поэтому охрана и улучшение окружающей среды в городах является актуальной про­ блемой для всех отраслей городского хозяйства, в том числе и для подземного строительства.

’ Глава написана совместно с канд. техн. наук Г.А. Оськиной.

209

6.2. СИ СТЕМ Н Ы Й ПОДХОД

КМ Е ТО Д У КОМ ПЛЕКСНОЙ ОЦЕНКИ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ НАДЕЖ НОСТИ

ПО Д ЗЕМ Н Ы Х СООРУЖЕНИЙ

Поддержание экологического равновесия рассматривается авторами как главная цель экологии освоения подземного про­ странства. При этом содержание понятия равновесия несколько отличается от классического, так как подземное строительство обязательно связано с нарушением природной среды и созда­ нием искусственных сред для жизнедеятельности человека в не­ естественных для него условиях.

Единство природной среды, глубокие внутренние взаи­ мосвязи всех ее составляющих и процессов определили ре­ шение этой проблемы на основе системного подхода. Реше­ ние экологических задач на современном уровне требует увязки естественных, социальных, экономических и техниче­ ских аспектов.

Основными принципами построения единой концепции освоения городского подземного пространства следует счита ть:

♦создание для человека в городском подземном объек­ те наиболее комфортных условий труда и отдыха;

♦строительство и эксплуатация подземных сооружений не должны наносить ущерб окружающей среде;

♦оздоровление экологической обстановки в городе за счет перевода под землю ряда объектов, вызывающих отрицательные последствия антропогенного воздействия на окружающую среду.

Выбор этих принципов в качестве основополагающих

обусловлен следующими предпосылками.

В отличие от ранее принятого подхода к проектирова­ нию, строительству и эксплуатации городских подземных сооружений первый принцип предполагает наиболее важ­ ным создание в подземном объекте высокого уровня ком­ фортности труда и отдыха человека, что позволит привлечь людей к многоплановому использованию подземного про­ странства.

210

До настоящего времени технология строительства и экс­ плуатации подземных сооружений не рассматривалась с по­ зиции сохранения стабильности окружающей среды. В связи с этим принципом необходимо провести переоценку всех технологических способов строительства, требований к ма­ териалам и конструкциям систем эксплуатации объектов.

Большое количество предприятий и служб, загромождая территорию, эстетически не облагораживают город и зачас­ тую служат источниками вредных выбросов. Размещение их в подземном пространстве, с одной стороны, уменьшает территориально-площадное развитие города, а с другой — дает возможность производить более строгий контроль.

Система взглядов на антропогенное воздействие на недра городов предполагает предварительный дифференцированный подход к изучению экологической системы «человек— подзем­ ное сооружение — окружающая среда» в рамках двух подсис­ тем «человек— подземное сооружение» и «подземное сооруже­ ние — окружающая среда» с последующим синтезом получен­ ных результатов и в интегральной характеристике.

Трехуровневая подсистема «человек — подземное про­ странство» (рис. 6.1) включает:

♦элементы системы комфортного жизнеобеспечения человека в подземном сооружении (I уровень);

♦пофакторную оценку элементов жизнеобеспечения и их техническую реализацию (II уровень);

♦многокритериальный метод экологической оценки уровня комфортности условий жизнедеятельности в под­ земном пространстве и модель организации подземного пространства (III уровень).

Нормальная жизнедеятельность человека и его работо­

способность достигаются сочетанием таких элементов сис­ темы, как полезное пространство, воздухоснабжение, осве­ щение, отопление, водоснабжение, удаление отходов, а так­ же ограничением или устранением действия отрицательных факторов — шума, вибрации. Перечисленные элементы и факторы как в совокупности, так и каждый в отдельности могут оказать неблагоприятное влияние на организм чело­ века. При этом вероятно возникновение таких ситуаций, ко­ гда один из факторов становится превалирующим.

211

Рис. 6.1. Экосистема «человек — подземное сооружение»

Нормирование факторов должно быть дифференциро­ вано для различных видов труда и отдыха: повышенная комфортность, оптимальная, допустимая.

Назначение сооружения определяет нормы жизнеобес­ печения человека в нем и, как следствие, объемы дополни­ тельного пространства, необходимого для оптимального функционирования объекта.

Многофакторная модель жизнеобеспечения человека в подземном сооружении послужила.основой для разработки научного метода многокритериальной экологической оцен­ ки уровня комфортности объекта в зависимости от его на­ значения. Метод позволяет определить сочетание действия всех факторов, выявить превалирующие и учесть их влияние на начальной стадии проектирования.

Нормы, закладываемые в проект, определяют основные и вспомогательные объемы сооружения. Для выявления ва­ риантов объемно-планировочных решений объекта служит математическая модель организации пространства.

212

Рис. 6.2. Систематизация факторов, определяющих граничные условия

Всвязи со сложностью рассматриваемой подсистемы предлагается следующая систематизация факторов, опреде­ ляющая граничные условия (рис. 6.2) и позволяющая при проектировании объектов значительно сократить число ва­ риантов экосистемы.

Врезультате взаимодействия двух сложных систем (окружающей и внутренней) человек в помещении подверга­ ется воздействию множества физико-химических факторов

среды по схеме: окружающая среда — ограждающие конст­ рукции — внутренняя среда — человек. Воздействие среды только тогда бывает благоприятным, когда колебания зна­ чений этих факторов не выходят за пределы нормативных.

Параметры, определяющие элементы подсистемы ком­ фортного жизнеобеспечения, регламентированы СНиПами для наземных сооружений: СНиП И-4—79 «Естественное и искусственное освещение»; СНиП И-90—81 «Производствен­ ные здания промышленных предприятий»; СТ СЭВ 1404—78 «Здания промышленных предприятий, геометрические па­ раметры»; СНиП 2.09.04.87 «Административные и бытовые здания»; СНиП 2.04.86 «Отопление, вентиляция и кондицио­

213

нирование»; СНиП 2.01.02.85 «Противопожарные нормы»; СНиП 2.04.01.85 «Внутренний водопровод и канализация зданий»; СНиП 3.05.88 «Газоснабжение»; СНиП 2.04.07.86 «Тепловые сети»; СНиП II-12—77 «Защита от шума» и др. При разработке многокритериального метода экологиче­ ской оценки уровня комфортности условий жизнедеятельно­ сти в подземном объекте были проанализированы и обоб­ щены следующие сведения об условиях труда на объектах различного назначения: микроклиматические факторы, ка­ чественные и количественные параметры воздушной среды; водоснабжение и канализация; освещение, а также способы обеспечения нормативных требований к условиям среды в закрытых помещениях.

Сравнительный анализ норм и требований, обеспечи­ вающих нормальную жизнедеятельность человека, позволил констатировать существование большого диапазона пара­ метров для объектов различного назначения. В подавляю­ щем большинстве случаев превалирующим фактором явля­ ется воздухообеспечение подземного объекта.

Данный метод был опробован при строительстве и экс­ плуатации подземных гаражей и складских помещений. Вы­ бор этих объектов был обусловлен сходностью их по назна­ чению, характеру эксплуатации и продолжительности нахо­ ждения человека в подземных условиях. Однако нельзя утверждать, что они полностью тождественны, так как грузы различного назначения требуют соответствующих условий хранения, т.е. наблюдается несовпадение по факторам ком­ фортности внутренней среды (как пространственной, так и физической) и, как следствие, по эксплуатационному обору­ дованию, обеспечивающему комфортность условий.

Доля дополнительных объемов площадей для размеще­ ния оборудования, обеспечивающего комфортность усло­ вий, в зависимости от назначения, условий хранения и т.д. для этих объектов колеблется от 30 до 40 %.

Четырехуровневая подсистема «подземное сооружение

—окружающая среда» (рис. 6.3) содержит:

♦научно-методическое обоснование оценки горно­ геологических условий с позиции строительства и экс­

214

плуатации, требования экологической надежности при строительстве и эксплуатации объектов (I уровень);

♦научные основы разработки технологий, вклю­ чающих нарушение естественных, гео механических и гидродинамических процессов в массиве, методиче­ ские подходы к обоснованию долговечности конст­ рукций с учетом экологических требований и класси­ фикацию объектов по экологическим признакам (II уровень);

♦моделирование технологических схем, процессов под­ держания объектов в рабочем состоянии, аэродинамиче­ ских и гидродинамических процессов в подземном со­ оружении (III уровень);

♦многокритериальный метод оценки строительства и эксплуатации подземных сооружений (IV уровень).

Рис. 6.3. Подсистема «подземное сооружение — окружающая среда»

215

Эффективность строительства и эксплуатации подзем­ ных сооружений зависит от рационального выбора мате­ риала и параметров конструкции, технологии и организации работ, которые в первую очередь определяются горно­ геологическими условиями. Поэтому необходима разработ­ ка методики оценки пригодности горно-геологических усло­ вий с позиции строительства и эксплуатации объектов.

Применяемые в настоящее время строительные материа­ лы, подземные конструкции, технология и организация строительства, способы эксплуатации и поддержания объек­ тов в должной мере не учитывают современных экологиче­ ских требований. К тому же сами требования не имеют на­ учно обоснованных критериев. Поэтому необходимо разра­ ботать нормативные требования экологической надежности и на их основе обосновать методический подход к созданию новых технологий и пересмотреть существующие техноло­ гические решения строительства и эксплуатации.

При разработке основ экологической надежности под­ системы «подземное сооружение — окружающая среда» ре­ шались две задачи:

♦обосновать технологические решения строительства, материалы и конструкции, которые обеспечат долговеч­ ность сооружения и его безаварийную работу, исклю­ чающую нарушение естественных геомеханических и гидродинамических процессов в массиве;

♦обосновать экологические требования к технологиче­ ским способам строительства.

За основной критерий при решении первой задачи при­

нята надежность — свойство конструкции, сооружения вы­ полнять определенные функции, сохраняя свои эксплуатаци­ онные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени. Надежность сооружения включает безотказность, долговечность, сохраняемость и ремонтопри­ годность сооружения в целом и отдельных его конструкций.

Для решения первой задачи была предложена система­ тизация горно-геологических условий (применительно к территории Москвы) по возможности использования спосо­

216

бов строительства и мероприятий по защите подземных со­ оружений в период эксплуатации.

Как показал анализ опыта строительства и ремонта под­ земных объектов, наибольшее влияние на технологическое решение основных строительных процессов оказывают: ли­ тологический состав вмещающих пород и их физико-меха­ нические свойства; фильтрационные свойства водовмещаю­ щей толщи; гидрогеологическая ситуация, агрессивность грунтовых вод; наличие ослабленных пород и развитие ин­ женерно-геологических процессов. Однако наиболее значи­ мым при строительстве и эксплуатации является гидрогеоло­ гический фактор, и поэтому все типы горно-геологических условий разделены на три группы по основному признаку — стоимости комплекса мероприятий по борьбе с водой в пе­ риод строительства и эксплуатации. Так, для группы I она составляет до 30 % стоимости возводимых сооружений, для II — от 30 до 50 %, для III — более 50 %, однако в опреде­ ленных случаях с применением специальных способов она значительно выше (например, при применении спецспособа для создания ледопородного ограждения замораживанием она составляет до 300 %). Если в группах I и II горно­ геологических условий основную часть составляет стои­ мость защитных мероприятий, необходимых для надежной эксплуатации, то для группы Ш — это стоимость мероприя­ тий по водоподавлению в период строительства. Системати­ зация проводилась на основе материалов НИиПИ Генплана Москвы.

Применение различных технологий строительства и ти­ пов гидроизоляционных защит зависит от глубины заложе­ ния объекта. В связи с этим систематизация горно-геоло­ гических условий проводилась с учетом глубины заложения объектов (до 5 м, от 5 до 15 м и более 15 м).

Для решения второй задачи — экологической оценки технологических способов на основании проведенной ранее систематизации— все способы разделены на три группы:

♦ основные способы строительства (котлованный, тра­ ншейный, щитовой, БВР, комбайновый и пр.);

217