Освоение подземного пространства в городах. Влияние подземных сооружений на подземные воды

5.3. Понижение уровня  подземных вод.

     При строительстве сооружений и коммуникаций, в случае заглубления их ниже поверхностных  грунтовых вод, зачастую планируются  проведение водопонижения, предпринимаемое с целью недопущения притока подземных вод в строительный забой или водоотлив из него.          В результате откачки образуется депрессионная воронка. Задача строительного водопонижения, в общем, заключается в соответствующем развитии и поддержании в течение необходимого времени депрессионной воронки, а также в снятии избыточного напора в подстилающих водоносных породах. Водопонижение применяется в том случае, если трубопровод проложен непосредственно или частично в водоносном горизонте. Ожидаемый дебит водопритока к строительному котловану в однородном водоносном горизонте ориентировочно оценивается по формуле:

где k - коэффициент фильтрации; h ₀ - начальная мощность горизонта; S ₀ - заглубление дна котлована ниже естественного уровне подземных вод; r ₀ - приведенный радиус котлована; R - радиус питания:

песок тонкозернистый - 25-50 м,

песок грубозернистый - 300-500 м,

гравий  крупный - 1500-3000 м.

     Искусственное снижение уровня подземных вод оказывает  значительное влияние на подземные  инженерные коммуникации. При снижении уровня воды в толще породы возникают дополнительные напряжения, которые могут привести к различным деформациям.           В процессе производства водопонизительных работ возможно не только уплотнение, но и разрыхление пород и нарушение прочностных связей в них (так как фильтрационный поток создает дополнительное гидродинамическое давление на грунт), что может вызвать вынос частиц пород. Разуплотнение грунта возможно также и в процессе бурения, содержания и ликвидации водопонизительных скважин.    Увеличение скорости фильтрации при определенных геолого-литологических условиях может явиться причиной появления процессов суффозии, активного выщелачивания растворимых составляющих пород, и других явлений, которые могут ухудшать условия эксплуатации подземных сооружений.     В ряде случаев строительное водопонижение предусматривается настолько мощным, что может привести к сокращению подземного стока в поверхностные водоемы, частичному или полному перехвату поверхностного стока.     В результате длительных откачек подземных вод и при значительном водопонижении возможно развитие суффозионных процессов и выщелачивание растворимых составляющих пород.        С водопонижением связано увеличение зоны аэрации и глубины промерзания грунтов, что неминуемо приводит к деформации близлежащих фундаментов сооружений. 

5.4. Нарушение сплошности  разделяющих водоупоров .

     В ходе строительства тоннелей глубокого  заложения происходит нарушение  сплошности слабопроницаемого слоя, который является естественным водоупором между водоносными горизонтами различных отложений, что приводит к изменению соотношения напоров в этих горизонтах. Изменение этого соотношения (инверсия напоров) может приводить к изменению направления движения подземных вод и попаданию загрязненных грунтовых вод в относительно слабоминерализованные воды нижележащих горизонтов.         Необходимо также учитывать, что наличие гидрогеологических окон (естественных или искусственных) даже за пределами собственно строительной площадки осложняет механизм оценки воздействия, т.к. загрязнение подземных вод одного горизонта может распространиться (при наличии соответствующих гидродинамических предпосылок, т.е., в частности, гидрогеологических окон) в смежные водоносные горизонты.            В общем случае, данный вид воздействия проявится на тех участках строительства сооружений, где имеются гидрогеологические окна (размывы отложений в долинах и прадолинах рек) или разделяющие отложения залегают на глубине, превышающей проектную глубину заложения сооружения (его фундамента, лотка и т.п.).

5.5. Гидрогеохимическое  влияние.

     Наиболее  сильное воздействие на химический состав подземных вод и грунтов  оказывают возможные (практически  неизбежные при используемых технологиях  строительства) утечки сточных вод  из канализационных сетей, водопроводов, коллекторов промышленных стоков при эксплуатации. Степень этого воздействия определяется многими факторами: составом коммунально-бытовых стоков, литологическим строением вмещающих пород, их сорбционными свойствами и пр.      Данный вид воздействия проявляется при эксплуатации канализационных коллекторов, водостоков, дренажей и водопроводов, а также в тех случаях, когда при строительстве подземных сооружений применяются специальные методы - например, искусственное

5.6. Воздействие на  поверхностные воды.

     Устройство  трубопроводов, коллекторов и иных подземных сооружений может повлечь  за собой негативные последствия  для рек, озер, болот, каналов, водохранилищ и т.д. Эти последствия выражаются в загрязнении поверхностных  вод при строительстве, штатных или аварийных ситуациях при эксплуатации; изменении условий взаимодействия поверхностных вод с подземными; изменениях русловых процессов (эрозии и аккумуляции) при прокладке дюкеров, сооружении дренажей, подпорных стенок и т.п.   Особенно уязвимыми являются малые реки, озера и болота. Даже слабые нарушения уровенного режима, балансовой структуры и качества воды в них могут радикально изменить экологическую обстановку.         При этом особое внимание должен привлечь период строительства, где решаются и экологически обосновываются проблемы водопонижения, дренажа, сброса дренажных вод и др.[7]

Заключение.

     Инженерное  освоение подземного пространства —  одна из наиболее древних и, в то же время, постоянно и динамично  развивающихся строительных отраслей в мире. Искусственные  пещеры и подземные горные выработки на территории Российской Федерации и стран СНГ известны с древнейших времён. В них располагались оборонные, жилые, культовые, хозяйственные и др. помещения. Веками совершенствовалась технология  производства работ, увеличивалась глубина заложения, появлялись всё новые и новые направления использования подземного  пространства.      Современное состояние отрасли характеризуется тенденцией комплексного использования подземного, наземного и надземного пространства, строительства многофункциональных подземных комплексов, решающих многие экологические,  транспортные, инженерные и социальные проблемы крупных городов и городов-мегаполисов. Такие комплексы органично вписываются в историческую застройку городов, сочетая в себе  современные архитектурные решения, обеспечивающие эмоциональный и психологический комфорт находящихся в них людей,  эргономику и максимальное обеспечение безопасности.       Важным резервом инженерного освоения подземного  пространства является повторное использование подземных сооружений различного назначения: отработанных горных выработок, объектов гражданской обороны, сооружений, имеющих историческое значение и т.п. В них можно размещать подземные гаражи и автостоянки, складские, торговые помещения, спортивные  сооружения, развлекательные комплексы, археологические музеи, экскурсионные маршруты по подземной части старых русских городов.            Обеспечение современного уровня надёжности и безопасности использования подземного пространства невозможно без решения проблемы производственных рисков при строительстве и эксплуатации подземных объектов. Важную роль в решении этой задачи играет разработка теории надежности и безопасности подземных сооружений и её реализация на каждом строящемся и реконструируемом объекте.     С увеличением численности населения нашей планеты,  ростом городского населения, появлением новых, экологичных  видов энергии всё более длительное время люди будут находится под землёй. Значит, в третьем тысячелетии проблема  инженерного освоения подземного пространства приобретёт ещё большую актуальность. Об этом свидетельствуют разрабатывающиеся уже сейчас как отечественными, так и зарубежными архитекторами концепции вертикальных городов будущего. А для успешной  реализации подобных концепций необходимы разработка и  обоснование общей теории использования подземного пространства, решающей не только современные, но и будущие проблемы  комплексности, эргономики, обеспечения надёжности, безопасности, психологического и эмоционального комфорта людей. 
 

Литература.

1.Конюхов Д.С, Говорова Т.Б. Городские подземные сооружения. - М.: ИМПЭ, 2000.

2. Неретин В.В., Вузов Г.С. Коммуникационный тоннельный коллектор в коренных породах // Метро и тоннели. — 2001. — № 1.

3.Архитектура московского метро. Под общей редакцией Н.Я. Колли и СМ. Кравец. — М.: Всесоюзная Академия архитектуры, 1936.

4.Мостков В.М., Кирилов А.П., Николаев Ю.Б. и др. Проектирование и строительство подземных атомных электростанций. Обзорная информация. — М.: Энергоатомиздат,1985.

5. Мостков В.М., Орлов В.А., Степанов И Д. и др. Подземные гидротехнические сооружения / Под ред. В.М. Мосткова. — М.: Высшая школа, 1986.

6.Обзор подземных хранилищ нефти и газа. — Апатиты: Горный институт КФ АН СССР, 1988. Вып. 1.

7.Экологический портал. Формирование подземных вод на урбанизированных тереториях.-URL:http://portaleco.ru/ekologija-goroda/formirovanie-podzemnyh-vod-na-urbanizirovannyh-territorijah.html