УДК 622:27:502.3 Львова Екатерина Сергеевна студент группы СП-1-07 Научные руководители: Шуплик Михаил Николаевич
advertisement
УДК 622:27:502.3 Львова Екатерина Сергеевна студент группы СП-1-07 Научные руководители: Шуплик Михаил Николаевич проф., д.т.н. Куликова Елена Юрьевна проф., д.т.н. Московский государственный горный университет АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ СПОСОБОМ «СТЕНА В ГРУНТЕ» НА ЭКОЛОГИЧЕСКУЮ ОБСТАНОВКУ THE ANALYSIS OF INFLUENCE OF CONSTRUCTION OF UNDERGROUND STRUCTURES BY A WAY "A WALL IN A GROUND" ON ECOLOGICAL CONDITIONS Для составления анализа влияния строительства подземных сооружений способом «стена в грунте» на экологическую обстановку необходимо разобраться и рассмотреть сущность данного способа, его возможности и методы возведения стены в грунте. Сущность способа «стена в грунте» заключается в образовании под защитой глинистого раствора траншеи (выработки) с вертикальными стенками и последующим заполнением траншеи материалами или конструкциями. При заполнении выработки бетоном, железобетоном и сборными конструкциями стена в грунте выполняет роль ограждающей или несущей конструкции. При заполнении траншеи противофильтрационными материалами, они выполняют роль противофильтрационных устройств (завес). Способ «стена в грунте» может быть использован в различных инженерно-геологических и гидрогеологических условиях и во многих случаях позволяет отказаться от забивки шпунта, различного рода креплений, водопонижения и замораживания. Применение способа «стена в грунте» целесообразно при высоком уровне подземных вод; заглублении конструкции в прочный и водоупорный слой; в стесненных условиях строительства; при устройстве глубоких подземных сооружений (более 5-7 м). Применение способа «стена в грунте» может быть ограничено: наличием грунтов с кавернами и пустотами, илов и рыхлых насыпных грунтов, включением обломков строительных конструкций и материалов и других препятствий. В отечественной практике применяют два типа стен, возводимых способом «стена в грунте»: свайные — образуемые из сплошного ряда вертикальных буронабивных свай и траншейные — образуемые сплошной 46 стеной из монолитного, бетона (железобетона) или сборных железобетонных панелей. Технология устройства стены в грунте траншейным способом заключается в следующем: сначала производят устройство форшахты и заполняют ее бентонитовым раствором, затем происходит рытье траншей на длину захватки, после этого устанавливают ограничители и армокаркас и последним производят бетонирование методом ВПТ. Стена в грунте из буронабивных свай возводится под защитой обсадной металлической трубы, чтобы не было обрушения. Так и бурят под ее защитой. Затем укладывают бетон и демонтируют обсадную трубу. Через 2/3 бурят такую же скважину и так далее по периметру. Сначала пробуриваются нечетные скважины, затем четные. Нечетные скважины укрепляют, устанавливая арматуру, и затем укладывают бетон. В итоге получается чередование. Эта технология более надежна и устойчива, поэтому получила большее применение, чем траншейная. В экологическом плане более «чистая». В зависимости от свойств грунта и его влажности применяют два вида возведения стен способом «стена в грунте» — мокрый и сухой. Мокрым способом возводят стены подземных сооружений в водонасыщенных неустойчивых грунтах, обычно требующих закрепления стенок траншеи от обрушения грунта в процессе его разработки, а также при укладке бетонной смеси. Траншею в процессе ее разработки и возведения стен заполняют глинистым раствором, предотвращающим обрушение грунта. Это позволяет отказаться от выполнения таких работ, как забивка шпунта, водопонижение и замораживание. При возведении стен в маловлажных устойчивых грунтах применяют сухой способ, при котором не требуется глинистый раствор. При мокром способе существенное влияние на ведение и качество работ оказывает технологическая характеристика глинистого раствора — его способность кольматировать. «Стены в грунте» классифицируются: - по назначению несущие, ограждающие и противофильтрационные; - по материалу - железобетонные, бетонные, грунтоцементные, глинистые, комбинированные; - по способу изготовления - монолитные, сборные, сборномонолитные. Достоинства способа: надёжность, малая трудоёмкость, высокое качество работ, возможность работы в стеснённых условиях. Недостатки: сезонность работ, необходимость вывозки разжиженного глинистого раствора. Опираясь на описанные выше сущность и возможности способа, можно сказать что “Стена в грунте” является высокоэффективным способом строительства подземных сооружений в условиях городской 47 застройки и в сложных гидрогеологических условиях. В связи с этим к нему предъявляются повышенные требования с точки зрения обеспечения сохранности окружающей среды. Возведение “стены в грунте” должно осуществляться таким образом, чтобы свести к минимуму нарушения городской среды, предотвратить загрязнение воздушного бассейна, поверхностных и подземных вод, обеспечить устойчивость расположенных поблизости зданий, их фундаментов и инженерных коммуникаций, исключить осадки грунтового массива и поверхности земли. Одним из основных требований является применение инженерных мер по снижению уровня шума и вибрации до допустимого уровня. Это требование особенно актуально при сооружении “стены в грунте” методом буронабивных свай. Монтажные краны, компрессоры, экскаваторы и т.п. должны иметь защитные средства по гашению шума и вибрации, чтобы уровень их в жилых и общественных зданиях не превышал допустимых значений, установленных санитарными нормами [2]. С целью предотвращения загрязнения воздушного бассейна при строительстве подземных сооружений в жилых и промышленных зонах следует применять машины, механизмы и оборудование с электроприводами или оснащенные газоочистителями. Особую опасность при строительстве способом “стена в грунте” для окружающей среды представляет загрязнение и истощение запасов подземных вод. Именно это накладывает ограничения на применение данного способа строительства. При большой скорости движения подземных вод, а следовательно и больших градиентах фильтрации в районе строительства могут возникнуть утечки глинистого раствора, что отрицательно сказывается как на состоянии подземного водного бассейна, так и на технологическом эффекте: исключается возможность образования экрана на стенках траншеи. При наличии напорных вод с давлением, превышающим гидростатическое давление в траншее, траншея начинает работать как дрена. В результате естественный уровень подземных вод резко изменяется, что в свою очередь, может привести к образованию депрессионных воронок и просадкам земной поверхности. Глинистый раствор, вымываемый грунтовыми водами, выносится в подземные резервуары, которые гидравлически связаны с поверхностными водотоками. В результате ценным запасам пресных вод, которые и без того ограничены, угрожает загрязнение и истощение. Как правило, глинистые растворы содержат различные химические добавки, способствующие стабилизации и увеличению скорости схватывания растворов. Эти добавки также выносятся грунтовыми водами, фильтрующимися по направлению к подземному сооружению, обеспечивая химическое загрязнение гидросферы. 48 В связи с этим, при возведении “стен в грунте” протяженных подземных сооружений в водонасыщенных грунтах необходимо предусматривать меры, исключающие нарушение режима грунтовых вод и обеспечивающие сохранность естественного уровня. Для выбора мероприятия инженерной защиты определяют направление движения грунтовых вод, возможность образования подпора, его величину и область распространения и связанные с этим возможные нарушения окружающей среды. Одной из наиболее радикальных защитных мер является создание в теле “стены в грунте” специальных “окон” из дренирующих материалов или укладка дренажных труб для свободного пропуска грунтовых вод через стену. Опасность загрязнения вод поверхностного стока возникает уже при отведении строительной площадки и подготовительных работах на поверхности земли. В результате работы оборудования в почву и воды поступает значительное количество бензина, масел, масляных и нефтяных веществ, компонентов цементного и глинистого растворов и т.п. Дождевая вода разносит эти вредные включения на значительные территории, вызывая обширное загрязнение почв, растительности, водоемов, а при дальнейшем испарении и воздушного бассейна. Во избежание загрязнения городских водоемов предусматривают раздельное отведение со строительной площадки нормативно чистых грунтовых вод и загрязненных производственных сточных вод. Допускается сброс грунтовых вод в дождевую канализацию без предварительной очистки, если концентрация в них нетоксичных взвесей, масляных и нефтяных веществ не превышает предельно допустимой. Производственные сточные воды, содержащие глинистый и цементный растворы, бензин, масла и т.п., должны быть подвергнуты тщательной очистке через грязеотстойники, бензомаслоуловители и биофильтры. В итоге, содержание вредных примесей в производственных сточных водах, удаляемых со стройплощадки, не должно превышать пределов, регламентируемых [3]. На рис. 1. представлена схема прогноза осадок земной поверхности при подземном строительстве методом «стена в грунте». Здесь показаны на какой период какие исследования должны быть произведены, какие должны быть для каждого периода произведены меры, т.е. расчетная модель, планировочные меры и т.д. Для обеспечения устойчивости грунтового массива, зданий, сооружений и инженерных коммуникаций вблизи строящегося подземного сооружения принимают разнообразные конструктивно-технологические меры защиты, направленные на устранение причин развития сдвижений и деформаций и касающиеся, главным образом, технологии производства работ. 49 ПРОГНОЗ ОСАДОК ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПРИ ПОДЗЕМНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ МЕТОДОМ «СТЕНА В ГРУНТЕ» Устанавливаю щий Долгосрочный Ретроспектив ный Заблаговремен ный Перспектив ный На ближайший год или сезон Теоретические исследования Лабораторные исследования Краткосрочный Экспериментальн ые исследования в натурных условиях Текущий Моделирование МЕРОПРИЯТ ИЯ ИНЖЕНЕРНО Й ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩ ЕЙ СРЕДЫ ОТ ПРОСАДОК ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТ И Экстренный Стати стичес кие модели ПРОФИЛАКТ ИЧЕСКИЕ МЕРЫ ИЗОС ПЛАНИРОВО ЧНЫЕ МЕРЫ ГОРНОТЕХНИ ЧЕСКИЕ МЕРЫ КОНСТРУКТ ИВНЫЕ МЕРЫ Знако вые моде ли Специали зированн ые модели Расчетн ая модель КОМПЛ ЕКСНЫ Е МЕРЫ Рис. 1. Схема прогноза осадок земной поверхности при подземном строительстве методом «стена в грунте». 50 Одной из действенных мер инженерной защиты окружающей среды на всех этапах строительства подземного сооружения способом “стена в грунте” и в процессе его эксплуатации является мониторинг, включающий оценку и анализ напряженно-деформированного состояния конструкций “стены в грунте”, измерение сдвижений и деформаций породного массива, земной поверхности, зданий, сооружений и подземных коммуникаций, наблюдения за изменениями инженерно-геологических условий, за колебаниями уровня грунтовых вод и т.п. Наблюдения за процессом сдвижений и деформаций породного массива, земной поверхности, зданий, сооружений и инженерных коммуникаций вблизи подземного сооружения включают систематические измерения вертикальных и горизонтальных смещений, фиксацию всех видимых дефектов и повреждений элементов зданий, сооружений и инженерных коммуникаций, находящихся в зоне влияния строящегося подземного объекта. Измерения оседания поверхности земли, породного массива и зданий производят путем нивелирования соответственно поверхностных и глубинных реперов, заложенных рядом со “стеной в грунте”, как в пределах, так и за пределами призмы обрушения. Параллельно проводят систематические наблюдения за соответствием фактических инженерно-геологических условий проектным данным в части изменения мощности и состава напластований грунтов, их физико-механических свойств, колебаний уровня и режима грунтовых вод. Мониторинг является основой выбора мероприятия инженерной защиты окружающей среды и подземного объекта в данном районе, так как позволяет быстро скорректировать технологические приемы и методы предотвращения нанесения необратимого ущерба городской среде и экологической системе в целом. Таким образом, исходя из всего вышесказанного, можно сделать вывод, что способ строительства подземных сооружений «стена в грунте» является «грязным» и достаточно вредным для окружающей среды. Его применение должно быть максимально обдуманным и очень аккуратным. Если производить все этапы строительства в соответствии со всеми нормами и правилами, которые были рассмотрены, то вредное и отрицательное воздействие на окружающую среду будет минимальным. Поэтому строительство подземных сооружений способом «стена в грунте» в настоящее время всё чаще находит широкое применение в условиях городской застройки и в сложных гидрогеологических условиях. Литература 1. Куликова Е.Ю. Оценка уровня технологического риска при химукреплении грунтов в подземном строительстве. – В журн. «Обозрение прикладн. и пром. математики». – М.: ОПиПМ, 2009. – том 16. – вып. 5. – с. 873-875. 51 2. СНиП II-23-77 “Защита от шума” и ГОСТ 12.1.003-83 “ССБЕ Шум - Общие требования безопасности” 3. СН 496-77 “Временная инструкция по проектированию сооружений для очистки поверхностных сточных вод” и “Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами” 4. Картозия Б.А., Федунец Б.И., Шуплик М.Н., Панкратенко А.Н., Куликова Е.Ю. Шахтное и подземное строительство. - 2-ое изд., перераб. и доп.: В 2 т. – М.: Изд-во Академии горных наук, 2001. - Т. II. – 582 с.: илл. Аннотация В данной статье приведен анализ влияния строительства подземных сооружений способом «стена в грунте» на окружающую среду. Способ «стена в грунте» – один из наиболее часто и широко применяемых в последнее время способов подземного строительства. Использование данного способа очень критично и остро воспринимается в «мировой» практике, потому что он оказывает вредное воздействие на экологическую обстановку и людей. In given article the analysis of influence of building of underground constructions in the way «a wall in a ground» on environment is resulted. Way "a wall in a ground" – one of most often and widely used recently ways of underground construction. Use of the given way is very critical and is sharp is perceived in "world" practice, because he renders harmful influence on ecological conditions and people. Ключевые слова способ «стена в грунте», окружающая среда, подземное строительство, загрязнение, подземные воды, защита, опасность, нарушения, риск, мониторинг way "a wall in a ground", environment, underground construction, pollution, underground waters, protection, danger, infringements, risk, monitoring 52
