Объекты изучения строительной геотехнологии

Объектами изучения строительной геотехнологии являются подземные сооружения горнодобывающих предприятий и энергетических комплексов, транспортные, гидротехнические и коммунальные тоннели, тоннели метрополитена, инженерные сооружения в подземном пространстве городов и другие подземные сооружения различного назначения.
По функциональному назначению подземные объекты можно разделить на несколько важнейших групп:
- энергетические и горнопромышленные комплексы;
- промышленные предприятия, транспортные магистрали и комплексы, хранилища долгосрочного резерва, склады, гаражи, автостоянки, утилидоры и многофункциональные комплексы;
- объекты социально-бытового назначения (библиотеки, клиники и больницы, товарные базы и хранилища, музеи, водоочистные сооружения и хранилища воды, бассейны, спортзалы, магазины, киноконцертные залы, церкви, рестораны, научные центры);
- подземные объекты экологического значения (хранилища-могильники для захоронения радиоактивных и промышленных отходов, вредных веществ, опасные производства);
- подземные объекты оборонного назначения.
Растущий интерес к освоению подземного пространства в значительной мере обусловлен положительными качествами подземных сооружений. Использование подземного пространства для размещения объектов различного назначения, помимо повышения эффективности использования недр и экономии территории, позволяет существенно уменьшить затраты энергии на отопление и охлаждение помещений, резко снизить влияние внешних климатических условий на внутреннюю среду помещений и др.
При строительстве подземных сооружений сохраняются ценные земельные угодья, обеспечивается экологическая чистота поверхности и достигается экономия материальных ресурсов. Подземные объекты надежно защищены от прямого воздействия климатических факторов. Благодаря теплофизическим свойствам земного массива с глубиной резко уменьшается амплитуда температурных колебаний наружного воздуха, что обусловливает существенное снижение теплопотерь подземных сооружений, а также теплопоступления из окружающей среды. Создаваемые при этом внутренние условия весьма благоприятны для размещения в подземных горных выработках складов продовольствия, вино-хранилищ, сейфов, кладовых кинофотоматериалов и документов, а также производств, требующих термоконстантных условий внутренней среды.
Объекты, размещаемые в подземных горных выработках, характеризуются повышенной виброустойчивостью и акустической изоляцией по сравнению с наземными сооружениями. Эти свойства особенно благоприятны для размещения в подземном пространстве объектов, требующих полной акустической изоляции от внешней среды (станции геофизических наблюдений, студии звукозаписи, радио и телевидение, лаборатории и др.). Виброустойчивость подземных сооружений позволяет организовывать в подземных горных выработках производственные процессы, требующие полного отсутствия вибрации несущих и ограждающих конструкций.
Высокая способность породного массива защищать от внешних воздействий позволяет широко использовать подземные сооружения для укрытия людей от средств массового поражения и для защиты от катастроф и стихийных бедствий. В подземных горных выработках соляных шахт лечат хронический бронхит, астму и другие заболевания людей.
Расширение практики использования подземного пространства для различных хозяйственных целей в значительной мере связано с процессом урбанизации, защитой окружающей среды от отрицательных воздействий транспортных инженерных систем и потенциально опасных производств, а также с целью сохранения энергии и утилизации вредных отходов ряда отраслей промышленности.
Особого внимания заслуживают подземные объекты для целей водоснабжения, хранения нефти, нефтепродуктов и различных видов горючего газа.
В современных условиях перспективным является строительство подземных атомных электрических станций как одного из направлений развития и обеспечения безопасности ядерной энергетики. С позиции охраны окружающей среды это целесообразно, а по инженерно-геологическим и геомеханическим условиям вполне осуществимо даже в массивах менее прочных, чем массивы гранитов или базальтов.
О перспективности размещения в подземном пространстве иных объектов энергетики (тепловых, гидро- и пневмоаккумулирующих электростанций) свидетельствует уже то, что такие их структурно-технологические элементы, как шлаконакопители, системы очистки и переработки газопылевых и водных отходов, гидро- и пневмоаккумуляторы можно разместить в подземном пространстве, так же как и аналогичные элементы вредных производств и объектов нефтехимической промышленности.
Бурный рост промышленности, развитие науки, создание новых технологических процессов во второй половине XX столетия привели к образованию значительного количества промышленных и бытовых отходов, высокотоксичных и радиоактивных веществ, находящихся в твердом, жидком или газообразном состоянии и требующих удаления из биосферы.
В стране ежегодно вовлекается в производство 13-15 млрд т природных ресурсов, из которых в конечную продукцию переходит от 1 до 10 %, а остальные попадают в отходы, требующие утилизации и захоронения.
В настоящее время наряду с традиционными способами удаления отходов (сжигание, разбавление поверхностными водами, захоронение и сброс в поверхностные водотоки, моря и океаны, просто свалки на поверхности) все большее распространение, в первую очередь для наиболее токсичных и радиоактивных веществ, получает способ захоронения отходов в глубокие горизонты геологических формаций путем закачки в скважины жидких и складирования в горных выработках твердых отходов. В перспективе возможно массовое применение глубинного захоронения муниципальных и слаботоксичных промышленных отходов, что обусловлено его явными преимуществами в сравнении с остальными, а именно экологичностью, малой землеемкостью горного отвода, возможностью организации могильников близ потребителя и даже в городской черте, а также использованием для захоронения выработанного пространства законсервированных или закончивших срок службы шахт, рудников и карьеров.
Подземное захоронение твердых промышленных отходов (ТПО) предусматривает создание полостей в слабопроницаемых отложениях на глубинах примерно от 30 до 1000 м и является сложной комплексной проблемой, включающей вопросы: геолого-гидрогеологического обоснования возможности подземного захоронения; специального изучения слабопроницаемых отложений (их гидродинамической и геомеханической прочности, фильтрационной и диффузионной проницаемости, изменения прочностных и фильтрационных свойств вследствие физико-химического воздействия захороняемых отходов, условия образования трещиноватости при образовании емкостей взрывным способом и др.); технологии сооружения емкостей и способов загрузки емкостей отходами; изучения взаимодействия отходов с вмещающими породами и возможного перехода токсичных соединений в окружающую среду; гидрогеологического и санитарного контроля на участках захоронения ТПО; технико-экономического обоснования захоронения отходов и др.
При решении проблемы подземного захоронения отходов возникает необходимость проведения различных исследований, сопряженных с фундаментальными науками, являющимися их частью либо представляющими самостоятельное научное направление.
Во многих странах интенсивно развиваются прогрессивные направления подземного транспортного строительства. Так, например, подземные железные дороги, подземные скоростные трамваи и метрополитены позволяют уменьшить последствия перенаселенности больших городов, высвободить площади для жилой застройки на поверхности земли и пропустить большие грузопотоки людей. Глубокие подземные тоннели инженерных систем мегаполисов могут служить для многоцелевого использования (канализации, водопровода, ливневых вод, транспорта), что позволяет на этой основе усовершенствовать современные системы жизнеобеспечения городов. В крупнейших подземных станциях по очистке сточных вод, расположенных в Стокгольме и Хельсинки, осуществляются централизованные сбор, очистка и контроль вредных выбросов, что позволяет сохранить исторические ландшафты. Дорожные тоннели на магистральных автодорогах и в городах сохраняют жилые массивы, упрощают работу транспорта и могут служить убежищами для укрытия населения в военный период.
Имеются примеры строительства подземных транспортных тоннелей под акваториями. Крупнейший из них - комплекс подземных тоннелей под проливом Ла-Манш. В перспективе планируется создание аналогичного комплекса под Беринговым проливом.

---