Способы строительства подземных сооружений определяются в основном свойствами породного массива и назначением подземного сооружения. В зависимости от назначения все подземные сооружения условно разделены на четыре группы:
1. Объекты хозяйственного назначения: энергетические и горно-промышленные комплексы, промышленные предприятия, транспортные магистрали, аграрные предприятия, хранилища, склады, гаражи и автостоянки.
2. Объекты социального назначения: библиотеки, спортзалы, кинозалы, магазины, рестораны, бассейны, больницы, музеи и научные центры.
3. Объекты экологического назначения: хранилища-могильники радиоактивных отходов и вредных веществ, опасные производства.
4. Объекты оборонного назначения.
К одним из наиболее трудоемких подземных объектов хозяйственного назначения относят горно-промышленные комплексы, осуществляющие добычу твердых полезных ископаемых: шахты и рудники.
Значительную часть подземного строительства составляют объекты, являющиеся транспортными магистралями: железно- и автодорожные тоннели, тоннели и станции метрополитена, а также гидротехнические тоннели, магистральные нефте- и газопроводы, трубопроводы другого назначения.
Большое значение придают строительству подземных атомных и гидроаккумулирующих электростанций, которые обладают более высокой стойкостью против сейсмических воздействий, защищенностью от средств нападения.
Важное значение имеет устройство в подземных сооружениях хранилищ промышленных, пищевых и медицинских товаров, в них обеспечивается стабильность температуры и влажности окружающей среды, высокая пожарная безопасность, надежность охраны.
Подземные хранилища нефти, газа и их производных обладают такими преимуществами перед наземными резервуарами, как низкие потери от испарения, низкая пожароопасность, защищенность от внешних воздействий, высокая технико-экономическая эффективность эксплуатации.
Необходимость размещения гаражей и автостоянок в подземных сооружениях вызвана экономией территории мегаполисов.
Целесообразность устройства медицинских учреждений в подземных камерах обусловлена относительным постоянством давления, влажности, температуры воздуха, ограниченным воздействием геомагнитного поля, отсутствием бактериальной флоры, солнечной радиации, шума, наличием естественной ингаляции в соляных массивах.
Размещение в подземных сооружениях научно-исследовательских объектов эффективно благодаря высоким экранирующим свойствам массивов горных пород, хорошей сейсмоустойчивости помещений.
Подземные сооружения в качестве объектов подземного захоронения вредных отходов наиболее целесообразны и эффективны в соляных и гранитных массивах, в плотных глинах.
Особое значение среди подземных сооружений имеют объекты оборонного назначения, создаваемые в виде специальных подземных комплексов.
https://yandex.ru/video/preview/?filmId=7654142527309307942&text=Виды+подземных+сооружений.+Способы+строительства+подземных+сооружений.&noreask=1&path=wizard&parent-reqid=1579864710411389-1010170402210364679001236-vla1-3632&redircnt=1579864852.1
Все способы строительства можно разделить на две группы:
- способы строительства с поверхности
- подземные.
Способы строительства с поверхности включают котлованный, опускного колодца и «стена в грунте».
При котлованном способе отрывается котлован, в котором обычными способами возводится подземное сооружение. После завершения строительства котлован засыпается грунтом. Этот способ обеспечивает возможность устройства наружной гидроизоляции и более благоприятные условия укладки бетона.
Недостатком данного способа является необходимость резервирования значительных площадей вокруг котлована для устройства стен с устойчивыми углами откосов, поэтому применение такого способа ограничивает глубину до 5–7 м.
Отличие способа «стена в грунте» состоит в том, что ограждающие стены подземного сооружения создаются в узкой выработке по контуру сооружения, и уже под защитой возведенных стен удаляется грунт из внутреннего объема сооружения. В водонасыщенных грунтах стены обычно заглубляют до водоупорного слоя, что обеспечит отсутствие водопритока в процессе разработки грунта. Если водоупора на досягаемой глубине нет, то возможно ведение подводной разработки грунта.
Устойчивость стен выработки обычно обеспечивается тем, что при отрывке траншеи она заполняется тиксотропным глинистым раствором, земляные работы и последующее бетонирование (или установка сборных элементов) ведутся под раствором. Устойчивость уже возведенных стен в процессе выемки грунта из внутреннего пространства обеспечивается временными распорками, а при больших размерах в плане – грунтовыми анкерами.
Из вариантов «стен в грунте» наибольшее распространение получили:
а) устройство стены в виде секущихся буронабивных свай;
б) отрывка траншеи шириной до 1–1,5 м захватками длиной по 3–6 м и устройство стены из монолитного железобетона бетонированием методом вертикальной перемещающейся трубы (ВПТ);
в) отрывка траншеи и устройство стены из погружаемых в нее сборных панелей заводского изготовления.
Самой «щадящей» по отношению к близрасположенным сооружениям является первая технология, т.к. она обеспечивает устойчивость грунта. Выполняется она следующим образом (рисунок 4.1).
Под глинистым раствором (а в плывунах под защитой обсадной трубы) проходятся и бетонируются методом ВПТ скважины 1 и 2. Через 2–3 суток после схватывания бетона проходится скважина 3, в нее погружается арматурный каркас и производится бетонирование. Далее в порядке номеров проходятся остальные скважины, при этом все нечетные армируются.
Вариант «б» при использовании специальных разделителей между захватками позволяет создавать стены, способные воспринимать изгибающий момент не только в вертикальной, но и в горизонтальной плоскости. К сожалению, в этом варианте в наибольшей степени сказываются недостатки бетонирования под глинистым раствором, и изнутри таких стен приходится обычно устраивать гидроизоляцию и второй железобетонный слой, воспринимающий давление воды. Схема выполнения монолитной стены показана на рисунке 4.2.
Рисунок 4.1 – Схема устройства «стены в грунте» из секущихся свай: 1–7 – последовательность проходки и бетонирования свай
а) б) в)
Рисунок 4.2 – Схема устройства монолитной стены в грунте: а – отрывка захватки грейфером; б – погружение арматурного каркаса; в – бетонирование методом ВПТ
Достоинством варианта «в» является использование готовых плит, на поверхность которых при заводском изготовлении может быть нанесен гидроизоляционный слой, что обеспечит их полную водонепроницаемость. Вертикальные кромки плит снабжены специальными захватами-направляющими, обеспечивающими стыковку плит при погружении по всей длине. Полости стыков заполняются водонепроницаемым тампонирующим раствором сразу после установки плит, но при протечках могут быть дополнительно уплотнены тем или иным способом (инъекция непроницаемого материала, заваривание металлическими накладками) после удаления грунта изнутри сооружения. Сборная стена в грунте имеет качественную внутреннюю поверхность, что, наряду с водонепроницаемостью, делает этот вариант весьма ценным.
Общим ограничением применения вариантов «б» и «в» является наличие в грунте твердых включений валунов. Имели место случаи неудач и даже поломки дорогостоящих механизмов при попытках откопки траншей через слой валунной морены. Опыта устройства стен по вариантам «б» и «в» в плывунных грунтах еще недостаточно. Есть основания опасаться, что, несмотря на заполненность траншеи глинистым раствором, в момент черпания грунта грейфером и отрыва его от массива возникающий в зоне отрыва вакуум будет вызывать наплыв грунта в траншею и оседание прилегающей к траншее поверхности грунта.
При строительстве подземных сооружений в особо сложных грунтовых условиях применяют методы временного или постоянного закрепления грунтов. В качестве временного закрепления любых грунтов применяется рассольное (холодным раствором хлористого кальция) или криогенное (жидким азотом) замораживание. Для постоянного закрепления галечников и трещиноватых скальных грунтов применяется цементация методом инъецирования, крупные и средние пески и лессовидные грунты могут быть закреплены методом силикатизации. Песчаные и пылевато-глинистые грунты могут быть закреплены цементацией с помощью струйной технологии.