Классификация подземных сооружений коммунального назначения Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

СЕМИНАР 10

ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА -2001"

МОСКВА, МГГУ, 29 января - 2 февраля 2001 г.

© Е.Ю. Куликова, 2001

'--ч ---

УДК 69.035.4.001.33

Е.Ю. Куликова КЛАССИФИКАЦИЯ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ КОММУНАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

П

одземное хозяйство современных городов и промышленных предприятий имеет сложную разветвленную систему. Оно состоит из сетей, коллекторов и сооружений на них. Эти объекты представляют собой коммунальные подземные сооружения, входящие в инженерную инфраструктуру города.

Для того чтобы осуществлять грамотный подход к выбору экологически безопасных способов и технологий строительства коммунальных подземных сооружений, необходимо различать, к какому типу они относятся в соответствии с классификационным признаком. В настоящее время не существует представительной, научно обоснованной классификации подземных сооружений коммунального типа. Типы коммунальных сооружений учитываются лишь в системе общей классификации подземных объектов. По некоторому ряду признаков в научной литературе имеется систематика коммунальных сооружений. Например, такие ученые как проф. Н.М. Покровский, проф. В.П.Волков, Н.Ф. Федоров, С.Ф. Веселов, П.П. Бессолов, А.А. Сегединов, Я. Келе-мен, З. Вайда в своих трудах касаются аспекта деления коммунальных сооружений по назначению и по способу прокладки; докт. арх. Г.Е. Голубев в общей классификации всех подземных сооружений, освещает аспект их деления по объемно-планировочной схеме; проф. Петренко Е.В. освещает проблему размещения коммунальных объектов в городе. Однако достаточно полная классификация сооружений подобного типа отсутствует. Не уделяется должного внимания са-

нитарно-гигиеническим требованиям, во многом ограничивающим степень использования подземного пространства; функциональную и композиционную взаимосвязь с другими объектами; экологическим аспектам.

Анализ существующих классификаций городских подземных сооружений и их возможных признаков деления позволяет составить классификацию, включающую достоинства имеющихся и, одновременно, учитывающую ряд признаков, расширяющих ее диапазон.

Вид и структура такой классификации могут быть представлены следующим образом.

Все подземные коммунальные сооружения подразделяются на несколько групп в соответствии с определяющим классификационным признаком.

I. По назначению они подразделяются на:

1. трубопроводы, включающие сети водопровода, канализации (разных систем), дренажа, теплофикации, газоснабжения, а также специальные сети промышленных предприятий (нефтепроводы, золопроводы, паропроводы и т.п.). Трубопроводы подземных сетей могут быть условно подразделены на:

• транзитные сети, обслуживающие город и отдельные районы или промышленные предприятия. Эти типы трубопроводов имеют наиболее большие диаметры;

• разводящие сети, обслуживающие кварталы и группы домов. Они являются необходимым подземным сооружением каждой улицы и проезда города;

• внутриквартальные (дворовые) сети, обслуживающие отдельные здания, размещенные в квартале. Их прокладывают в пределах территории квартала, двора.

2. Кабельные сети, включающие сети сильных токов высокого и низкого напряжения (для освещения, электротранспорта) и сети слабого тока (телефонные, телеграфные, радиовещания и т.п.).

3. Коллекторные тоннели, которые, в свою очередь подразделяются на:

• коммуникационные, предназначенные для размещения в них коммуникаций, обеспечивающих нормальную жизнь города. При размещении коммуникаций в тоннеле в отличие от укладки в отдельные траншеи повышается культура эксплуатации и отпадает необходимость во вскрытии поверхности улиц и тротуаров для ремонта и переустройства различных сетей;

• канализационные, на долю которых выпадает 90 % всех коммунальных тоннелей.

Общая длина сети коммунальных тоннелей крупного города достигает нескольких сотен километров. В связи с высокой пропускной способностью канализационных тоннелей с одной стороны, и со стремлением разместить в одном тоннеле возможно больший комплекс коммуникаций с другой стороны, площади поперечных сечений современных коллекторов достигают 16 м2.

II. По способу прокладки подземных сетей различают :

1. раздельную прокладку, которая применяется, в основном, при замене старых сетей новыми. При новом строительстве жилых комплексов, а также при больших объемах строительства применение этого способа нецелесообразно в технико-экономическом отношении. Раздельная прокладка сетей требует больших разрывов между ними, увеличения объемов земляных работ по сравнению с другими способами. Проведение работ различными организациями в несогласованные сроки на длительное время нарушает нормальное пешеходное и транспортное движение на улицах. При этом способе ширина зоны прокладки и глубина заложения отдельных сетей должны назначаться с учетом методов и последовательности их строительства, а также допустимых разрывов между ними. В первую очередь следует прокладывать сети глубокого заложения, а затем

более мелкого .

2. совмещенную прокладку в одной траншее (рис. 1), которая является более рациональной в технико-экономическом отношении, поскольку приводит к уменьшению земляных работ на 35-40 % и снижению стоимости строительства на 15-30 %. Зоны расположения подземных сетей при со-

Рис.1. Прокладка трубопроводов в общей траншее

а - одновременно; б - в разное время; 1 - газопровод диаметром 250 мм; 2 - газопровод диаметром 400 мм; водопровод диаметром; 3 - водопровод диаметром 300 мм

вмещенной прокладке их в одной траншее назначают с учетом их технологических особенностей. Так, во избежание вредного влияния на растительность на поверхности, теплопроводы и газопроводы осушенного газа низкого давления обычно прокладывают в зоне промерзания грунта. Теплопроводы, выделяющие в грунт тепло и в зимний период, прокладывают под тротуарами. Схемы совмещенной прокладки отличаются большим разнообразием. Они зависят от назначения подземных сетей, их сочетания в траншее, размеров трубопроводов и камер, гидрогеологических и др. условий. Осложнения при проектировании обычно вызывает устройство ответвлений от трубопроводов (вводы водо-, газо-, теплопроводов) и присоединений к ним (выпуски бытовой или дождевой канализации). Соприкосновение трубопроводов с грунтом сокращает срок их службы и вызывает необходимость частого вскрытия дорожных одежд. Оба этих фактора удорожают строительство и эксплуатацию подземных сетей;

3. прокладку в общих коллекторах, что является наиболее прогрессивным способом на настоящее время, способствует удлинению срока службы коммунальных сетей, создает лучшие условия для эксплуатации, значительно сокращает необходимость вскрытия дорожных одежд улиц и площадей, не нарушает пешеходного и транспортного движения. При этом коллектора подразделяются на:

• односекционные, имеющие преимущественное распространение. Примером такого тон-

Рис.3. Типовая конструкция прямоугольного коллектора

1 - плита перекрытия; 2 - стеновые блоки; 3 - лоток; L - ширина коллектора; Н

- высота блока; В - расстояние между стеновыми блоками

неля может являться канализационный тоннель для хозфекальных и дождевых стоков в местах пересечения трасс коммуникаций (рис. 2);

• двухсекционные (например, при расположении дождевых сетей и дренажей).

III. По примерному количеству прокладок и их виду коммунальные сооружения размещают в подземном пространстве города в зависимости от категорий улиц и дорог:

1. на городских улицах местного значения (ширина 10,5-25 м ) - кабели сильного, слабого тока и осветительные; трубопроводы тепловых, водопроводных, канализационных и газовых водосточных сетей (всего 4—5 прокладок);

2. на магистральных улицах районного значения (ширина 25-35 м) - кабели сильного, слабого тока и осветительные; трубопроводы тепловых, водопроводных, канализационных и газовых водосточных сетей (всего 5—6 прокладок);

3. на магистральных улицах общегородского значения (ширина 30-70 м) - кабели сильного, слабого тока и осветительные; трубопроводы тепловых, канализационных, газовых, водопроводных ( по обеим сторонам улицы) и водосточ-

IV. По принципу размещения в условиях городской застройки:

1. на полосе между красной линией и линией застройки - кабельные сети (силовые, связи, контрольные кабели);

2. под тротуарами - тепловые сети или проходные коллекторы; под тротуарами следует предусматривать прокладку силовых кабелей, кабелей связи и контрольных при отсутствии пространства между красной линией и линией застройки;

3. под проезжими частями улиц и дорог -

сети водоснабжения, газоснабжения и хозяйственно-бытовой канализации.

В данной работе основной акцент сделан на коммунальные тоннели (коллекто-ра), поэтому весь последующий материал будет затрагивать аспекты обеспечения экологической безопасности применительно к именно этим подземным сооружениям.

V. По условиям использования коммунальные тоннели могут быть подразделены на:

1. специализированные, т е. служащие для размещения в них отдельных трубопроводов. Эти типы тоннелей имеют обычно малое сечение и предназначены для размещения канализационных, фекальных, отходящих загрязненных промышленных и хозяйственных вод, дождевых и талых вод, ручьев и малых рек, для размещения трубопроводов городского и промышленного водоснабжения, трубопроводов системы теплофикации и различных силовых и других кабелей. Существенным недостатком специализированных тоннелей является неполное использование их сечения;

2. общие, т.е. служащие для размещения значительной части сетей городского подземного хозяйства. В тоннелях этого типа располагается преобладающая часть подземных сетей и коммуникаций, что значительно улучшает условия их эксплуатации (сохранность от коррозии, доступность для регулярного осмотра, удобство ремонта и др.).

VI. По характеру строительства коммунальные тоннели подразделяются на:

Рис. 2. Совмещенный канализационный тоннель: I

- отделение хозфекальных стоков; II - отделение дождевых стоков; 1 - сборная железобетонная обделка тоннеля; 2 -вторичная обделка; 3 - разделительная перегородка из монолитного железобетона

ных сетей (всего 6—7 прокладок).

1. сооружаемые открытым способом имеют обычно прямоугольную форму поперечного сечения (рис. 3). Как правило, их строят из железобетонных унифицированных элементов заводского изготовления. Открытый способ строительства коммунальных тоннелей отличается достаточной простотой, однако, может применяться только в условиях свободных площадей при застройке новых районов и небольших объемах работ. При густой застройке, наличии усовершенствованных дорожных покрытий и интенсивном городском транспорте применение открытого способа нецелесообразно в связи с тем, что разрытие дорожного полотна на длительное время нарушается нормальная эксплуатация улиц и площадей, затрудняется движение транспорта и пешеходов, а в последующем требуются дорогостоящие восстановительные работы, посадка зеленых насаждений и т.п. Особенно нецелесообразно применение открытого способа при значительной глубине заложения подземных коммуникаций (8-12 м). При таких глубинах открытый способ сооружения коммуникаций даже в загородных условиях будет крайне сложным и экономически неэффективным;

2. сооружаемые закрытым способом, имеют, как правило, круговое очертание и сооружаются при помощи проходческих щитов. Все чаще применяют строительство тоннелей способом про-давливания, когда готовые звенья обделки перемещают в продольном направлении рабочей камеры, в которой расположена силовая установка, состоящая из комплекта гидродомкратов. Важным достоинством способа продавливания является отсутствие осадок поверхности над тоннелем.

Доля подземного строительства, приходящаяся на коммунальные тоннели, настолько велика, что появилась необходимость внедрения в эту область наиболее прогрессивных конструкций и способов производства работ, применяемых при строительстве метрополитенов, и особенно тоннелей-каналов большого сечения.

VII. По типу крепления различают коммунальные тоннели со следующими видами обделок:

а) для тоннелей, сооружаемых открытым способом:

1. железобетонная обделка прямоугольного сечения:

• замкнутого сечения (цельносек-ционные). Подобные конструкции позволяют значительно снизить трудоемкость работ, сократить сроки строительства, исключить мокрые процессы, связанные с замоноличиванием узлов;

• составного сечения (с сооружением лотковой плиты из монолитного железобетона;

• однопролетные;

• многопролетные;

б) для тоннелей, сооружаемых закрытым способом:

2. сборная обделка из:

• кирпичной кладки;

• бетонных блоков;

• трапециевидных железобетонных блоков, которые имеют большую прочность (300-350 кг/см2);

• железобетонных блоков прямоугольной формы;

• железобетонных тюбингов.

• керамических блоков малых размеров, которые обладают простотой конструкции, небольшим весом и легкостью сопряжения, что позволяет осуществлять достаточно быструю сборку кольца обделки. Недостатками такой обделки является низкие показатели прочности (165-180 кг/см2), пространственной жесткости и водонепроницаемости;

Многоблочные обделки отличаются большой деформативностью, снижающей точность сборки колец, и наличием большого числа швов, затрудняющих герметизацию конструкции. Более прогрессивными являются обделки из сравнительно крупных железобетонных блоков, подобных блокам, применяемым при строительстве тоннелей метрополитенов. Применение таких конструкций позволяет использовать обжатие обделки в породу, выполняемое выдавливанием клинового блока или другими способами;

3. обделка из монолитно-прессованного бетона.

VIII. По характеру обеспечения гидроизоляции коммунальные тоннели делятся на объекты с использованием:

1. укладки железобетонной или стальной трубы в сечении тоннеля с засыпкой затрубного

Таблица 1

КОММУНАЛЬНЫЕ ТОННЕЛИ

пространства шлаком, песком и т.п.;

2. изолирующей мастики;

3. оклеечной изоляции (гидроизола, рубероида, пергамина);

4. замазки стыков между блоками безусадочным цементом

5. тампонажем заобделочного пространства;

6. нанесением слоя бетона;

7. устройством железобетонной рубашки.

IX. По характеру проявления экологического эффекта. Подобное деление в зависимости от назначения коммунального сооружения показано в таблице.

Коммунальные сооружения занимают значительный удельный вес в системе подземных сооружений города. Переход от традиционных методов открытой прокладки инженерных коммуникаций к подземному строительству коммунальных тоннелей открывает значительные перспективы для обеспечения сохранности окружающей среды, экономии энерго- и материальных затрат, снижения капиталовложений для поддержания этого типа подземных объектов. Однако до сегодняшнего дня многие коллектора проектируются как неремонтопригодные системы, при отсутствии надежной антикор-

№ п/п Вид тоннелей Функциональное назначение Экологический эффект

1. Канализационные Т ранспортирование канализационных стоков по сечению тоннеля и прием их из сетей, прокладываемых открытым способом Обеспечение санитарных условий в населенных пунктах

2. Водопроводные Транспортирование воды по сечению тоннеля Контроль на санитарными нормами

3. Коммуникационные Совместная прокладка водопровода, теплосети, напорной канализации, кабелей и т.п. Снижение негативных экологических и экономических последствий при выходе из строя одной из сетей

4. Гидротехнические Транспортирование воды в составе электрических станций, пропуск рек, каналов, речек Поддержка санитарных условий и режима эксплуатации ГЭС

5. Пешеходные Перемещение пешеходных потоков под улицами, площадями, путями сообщения Разгрузка ландшафта, сохранение плодородного слоя почв

6. Транспортные Размещение межцеховых транспортных коммуникаций (конвейеры и т.п.) Снижение степени загрязнения окружающей среды

7. Дренажные Дренаж грунтовых вод через обделку, прием дренажных вод из фильтров и их транспортирование Защита территорий промпред-приятий от подтопления

розионной защиты от вредных выделений сероводорода, сернистого газа, кислот, образующихся на контакте с влажной средой, что повышает аварийную опасность этих сооружений не только в технологическом, но и в экологическом отношении. Целью данной классификации является систематизация типов комму-

нальных тоннелей по ряду признаков, которая способствовала бы определению слабых мест в системе «коммунальное подземное сооружение - вмещающий массив - применяемая технология - окружающая среда» и, тем самым, давала основу для выработки экологически безопасных способов и технологий строительства.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ =-

Куликова Елена Юрьевна - доцент, кандидат технических наук, кафедра «Инженерная защита окружающей среды». Московский государственный горный университет.

^^