Экологическая надежность городских подземных сооружений Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

.Ю. Куликова

УДК 581.5:624:622

Е.Ю. Куликова

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ НАДЕЖНОСТЬ ГОРОДСКИХ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Одна из самых величайших задач науки - это ее возможность предсказывать и предви-

деть.

В

се городские подземные сооружения подразделяются на группы в соответствии с определенным обобщающим признаком. Одна из таких групп предполагает деление подземных сооружений по уровню надежности. В этот признак включается:

1. Экологическая надежность;

2. Надежность несущих конструкций;

3. Технологическая надежность.

Деление городских подземных сооружений по уровню экологической надежности составляет основу для выработки эффективных решений инженерного обеспечения экологической безопасности городов.

Экологическая надежность предполагает исключение вредного влияния городских подземных сооружений на:

1. Состояние вмещающего породного массива, подземных вод, естественных процессов в районе заложения и прилегающих к подземному сооружению районах;

2. Здоровье обслуживающего объект персонала и посетителей.

В последнем случае охрана здоровья людей чаще всего регламентируется временем пребывания людей в подземном сооружении, в зависимости от чего они дифференцируются на:

• объекты кратковременного пребывания (от нескольких минут до 1 часа);

А.Е. Ферсман

• объекты со средней продолжительностью пребывания (1,5 - 3 ч3аса);

• объекты длительного пребывания (более 3 часов).

Важнейшими параметрами, определяющими время пребывания человека в подземном сооружении являются температурно-влажностные: допустимая и оптимальная температуры (Тдоп , Топт); относительные влажности ( W доп0тН , Wоnт0т’, ), скорости движения воздуха ( Удоп , Уотн).

Выбор температурно-влажно-стных условий для каждого конкретного вида объекта производится на основании нормативной документации: ГОСТ

12.0.001-82, ГОСТ 12.0.003-74, ГОСТ 12.1.005-88, ГОСТ 12.1.014.84, СН-245-71, а также при учете следующих положений:

1. Температурный порог для человека составляет от -100 С до +700 С.

2. Для умственной работы благоприятными считаются температуры, заключенные в пределах +20...+250С, для легкой физической - +17...+210С, для тяжелой физической -+12...+170С.

3. Оптимальные значения относительной влажности воздуха для большинства производственных процессов находятся в пределах 30-60 %.

4. Скорость воздушного потока на рабочем месте не должна превышать 2 м/с, для учреждений и рабочих мест - 0,1 м/с.

Следовательно, по температурновлажностным условиям внутри подземного сооружения, которые, с одной стороны, определяются требованиями

технологии осуществляемого процесса, а с другой - условиями комфорта для людей, все городские подземные сооружения можно подразделить на:

1. Сооружения, предназначенные для выполнения легких физических работ: зрелищные, медицинские, административные, культовые, объекты связи, библиотеки и т.п.;

2. Сооружения, предназначенные для выполнения работ средней тяжести: предприятия торговли, общественного питания, коммунальнобытового обслуживания, инженерно-транс-портные и т.п.;

3. Сооружения, предназначенные для выполнения тяжелых работ: объекты промышленности, энергетические и гидротехнические службы и т.п.;

4. Подземные сооружения типа складов и холодильников: данные сооружения выделены в отдельную группу из-за необходимости поддержания практически одинаковой температуры и влажности в течение всего года.

Требования к температурновлажностным условиям каждой из 4-х описанных категорий приводятся в табл. 1, составленной на основании соответствующих СНиП и ГОСТ.

Данные табл. 1 могут служить исходными для оценки степени водопроницаемости городских подземных сооружений. Не вызывает сомнения, что допустимые и оптимальные параметры микроклимата подземного сооружения зависят от совокупного влияния соответствующих показателей вентиляционной струи воздуха в по-

- 45

Таблица 1

Категория сооружения

1

2

3

4

Период года

Требования

Холодный

Теплый

Холодный

Теплый

Холодный

Теплый

Холодный

Теплый

Т С

А опт *

21-24

22-25

17-23 20-23 16-18

18-20 -1-0

С Wопт0'H , % , % Vопт , м/с V». , м/с

17-22

19-28

13-23

15-27

12-19

13-26

40-60

40-60

40-60

40-60

40-60

40-60

75

55-60

75

65-70

75

75

85-90

0,1 0,1-0,2 0,2 0,3 0,3 0,4

0,1-0,2

0,1-0,3

0,3-0,4

0,2-0,5

0,5

0,2-0,6

мещениях и тепло-влажност-ного взаимодействия подземного сооружения и вмещающего его массива горных пород.

Это, прежде всего, относится к влажности воздуха в подземных помещениях, величина которой определяется следующим соотношением:

Wa6c = Wa6c вс + Wa6c ”, (1)

где Wa6c - абсолютная влажность (масса водяного пара, находящегося в 1 м воздуха), г/м3; Wa6cec - абсолютная влажность поступающей в подземное сооружение вентиляционной струи, г/м3; Wa6cu - абсолютная влажность воздуха в подземном сооружении, являющаяся результатом испарения воды, просочившейся через ограждающие конструкции, г/м3.

Зная величину Wa6c можно найти количество влаги, поступившее через обделку сооружения. При известных значениях внутреннего объема подземного сооружения V и площади обделки в свету Sce, с помощью уравнений (2)-(5) можно найти взаимосвязь между расходом влаги, просочившейся через 1 м2 обделки Qe и долю относительной влажности воздуха, которая добавляется за счет испарения просочившейся через обделку воды:

¥.Wa6cUl = Sce. Q„

Wa6cUl = n . Wa6cU, г/м3.Ч,

(2)

(3)

где WабсU определяется согласно (1.2) из соотношения:

WaбсU = Wабс - Wабсвс , г/м3.ч, (4) где п - количество перемен воздуха в час, 1/ч; определяется по ГОСТ на рассматриваемый вид производства.

Тогда, преобразуя (2) и принимая модуль поверхности равным М = Sс</V , получим:

W“1

(5)

М

Из формулы (5) следует, что с ростом модуля поверхности уменьшается допустимое количество влаги, которое может профильтроваться в подземное сооружение через обделку. Учитывая, что больший модуль поверхности характерен для менее габаритных сооружений, можно сделать вывод о необходимости использования более плотного материала несущих конструкций (с меньшим коэффициентом фильтрации) при строительстве подземного сооружения меньшего сечения и протяженности.

Следовательно, нормальные температурно-влажностные параметры в подземном сооружении могут быть обеспечены, в значительной степени, за счет его герметизации - высокой водонепроницаемости несущих конструкций. В свою очередь, безотказность работы несущих конструкций обязательно предполагает их устойчивость, а также оптимальный характер взаимодействия с массивом окружающих горных пород. Таким образом, экологическая надежность находится в неразрывной связи с надежностью несущих конструкций городских подземных сооружений и с технологической надежностью.

Надежность несущих конструкций включает в себя разделение на группы по признакам их устойчивости, водопроницаемости, взаимодействия с вмещающими породами. Проблема устойчивости несущих конструкций до недавнего времени рассматривалась лишь с позиций отдельного воздействия на один из элементов системы “подземное сооружение - массив вмещающих горных пород”. Однако, например, водопритоки через обделку подземного сооружения разрушают несущие конструкции и создают неприемлемые микроклиматические условия для пребывания человека. Возникает вопрос не только о допустимой

степени проницаемости этих конструкций и о влиянии процессов фильтрации на свойства материалов обделки и их устойчивость, но и о связи водопроницаемости несущих элементов со свойствами массива горных пород и т.п. Поэтому обеспечение экологической надежности городского подземного объекта должно основываться на комплексе защитных мер, направленных на вовлечение в работу как соответствующих свойств самого подземного сооружения, так и породного массива и технологических приемов его строительства, поддержания и эксплуатации. Следовательно, надежность любого объекта подземного строительства подразумевает надежность системы “подземное сооружение -массив горных пород” в комплексе, а не по отдельным ее элементам.

Помимо упомянутых выше направлений, экологическая надежность предполагает обеспечение комфорта пребывания и деятельности человека как одного из важнейших элементов экосистемы, в подземных помещениях.

Подземные условия уже сами по себе отличаются спецификой труда и обусловливают необходимость рационально приспособить промышленную среду к психическим особенностям и физиологическим Таблица 2

Род деятельности

Отрицательн

Вь

Работа в течение полного и укороченного рабочего дня; тяжелый физический труд; умственная работа; работа на транспорте; работа в торговой сети; административная работа; дежурство Искусственный климат, и угроза катастрофы, изоли мира, ограниченность п ность в вариантах подъезд ство подавленности, псих ствие, повышение расхода димость искусственной вен

Временное п

Поездка, переход, закупка товаров, занятие спортом, учеба, принятие пищи, общение людей, культурные мероприятия, культовые и политические акции Психологическое противод городских ландшафтов, по ственная среда, ограничен щении, чувство замкнуто дискомфорта в толпе, допо по проветриванию и освещ

Т

функциям человека в соответствии с требованиями, предъявляемыми к конкретной трудовой деятельности (табл. 2). Таблица наглядно показывает, какие факторы необходимо учитывать при строительстве и эксплуатации подземных зданий, сооружений и помещений, чтобы они оказывали наиболее благоприятное воздействие на жизнь и здоровье людей и удовлетворяли принципам как экологической надежности, так и надежности по всем параметрам в комплексе.

Из изложенного следует, что надежность подземных сооружений нельзя рассматривать в отрыве от

верхности земли в результате ведения подземных и градостроительных работ. Массив горных пород воспринимает нагрузки и другие воздействия от надземных частей зданий, является проводником тепломассообменных и других процессов к подземному сооружению.

При отсутствии обеспеченной надежности или устойчивости массива горных пород вся система становится также ненадежной. Более того, ненадежность вмещающих горных пород вызывает, как правило, появление таких деформаций и напряжений в конструкциях под-

по себе (без учета влияния массива горных пород) и была обеспечена.

В то же время, отсутствие достаточной технологической надежности и надежности несущих элементов подземного сооружения вызывает нарушение равновесно-напряжен-ного состояния вмещающего массива и активизацию нежелательных естественных процессов в породах. Поэтому экологическая надежность не может существовать сама по себе, а должна быть четко скоррелирована с технологической надежностью и надежностью строительных конструкций городского

массива вмещающих пород и тех процессов, которые происходят как в подземном пространстве, так и на по-

земного объекта, при которых они становятся ненадежными даже в тех случаях, если их надежность сама

подземного объекта.

Куликова Елена Юрьевна кандидщ юхнических наук, доцен кафедры «Инженерная защит окружающей среды», Московский юсударокснный юрный униксрсию!.