Оценка характеристик экстремальных ситуаций при освоении подземного пространства
Оценка характеристик экстремальных ситуаций при
освоении подземного пространства
В
условиях недостатка территориальных резервов для создания и развития благоприятной
среды жизнедеятельности в крупных городах стало необходимым освоение подземного
пространства города.
Наиболее
вероятные опасные ситуации в тоннелях и других подземных сооружениях возникают
при потере несущей способности (прочности, устойчивости) или чрезмерных
деформациях крепи и окружающего грунтового массива, внезапном прорыве
водогрунтовых масс, появлении в воздухе рабочей зоны опасных концентраций
пылегазовых смесей, оказывающих отравляющее действие или провоцирующих
возгорания, пожары, взрывы. Опыт подземного строительства в нашей стране и за
рубежом свидетельствует, что свыше 40% случаев аварий составляют пожары, около
30% – прорывы водогрунтовых масс, 17% – обрушения грунта, около 12% являются
следствием загазованности выработок. Возможные проявления развития аварий в
подземных выработках показаны в табл. 1.
Любые
аварии приводят к увеличению сроков строительства, необходимости ремонта или
реконструкции сооружения, что требует дополнительных затрат.
Обрушение
грунта и крепи в тоннельных выработках и подземных сооружениях (далее –
обрушения выработок) являются основной формой проявления давления грунтов,
присущего горно-складчатым зонам, и могут проявляться в форме пучения
(выдавливания), вывалов и обширных обрушений. Особой формой мгновенных обрушений
являются выбросы грунта.
Пучение
проявляется в глинистых грунтах на небольшой глубине от поверхности (в пределах
100 м), на большей глубине (до 400 м) – в более прочных аргиллитах, алевролитах
и песчаниках. В этом случае пучение носит характер локального разрушения грунта
и может приводить к деформации, иногда – к разрушению крепи.
Вывалы
из свода и стен выработок резко замедляют темп проходки, часто приводят к
травматизму. Вывалы могут проявиться при производстве взрывов как мгновенно,
так и спустя какое-то время (иногда измеряемые месяцами) – в зависимости от
вида и трещиноватости грунтов, мощности взрыва и др.
Прорывы
воды при строительстве тоннелей, иногда с песком, обломочным материалом либо
плывунов (далее – прорывы водогрунтовых масс) вызывают подтопление или
затопление выработки, образование участков заиливания, выход из строя
оборудования, травмы и гибель людей. При этом изменяется режим движения
подземных вод, что может привести к обрушению грунта; вместе с водой в
выработку могут проникать вредные отравляющие, пожароопасные и взрывоопасные
газы.
Ситуации
прорыва водогрунтовых масс можно иллюстрировать обобщенными характеристиками,
приведенными в табл. 2
Пожары
в тоннелях характеризуются быстрым нарастанием параметров (среднеобъемной температуры
до 1 500°С и теплового потока до 300 кВт/м2), высокой задымленностью,
образованием токсических, горючих газов и паров взрывоопасной концентрации и
могут принимать длительный характер (до нескольких суток). В результате
сгорания кислорода в зоне пожара приток свежего воздуха вызывает опасность
взрыва природных и техногенных газов.
В
связи с трудностью проникновения к очагу и подачи достаточного количества
огнетушащих веществ в условиях высокой температуры и давления, ограничения
обзора и видимости в замкнутом пространстве, резкого снижения огнестойкости
строительных конструкций пожары в тоннелях относят к наиболее опасным
происшествиям. Почти каждый случай пожара приводит к отравлению выделяющимися
ядовитыми газами и гибели людей, повреждению и разрушению обделки и временной
крепи, к поломке оборудования.
Конструкции
подземных сооружений подвергаются более длительному воздействию высоких
температур, чем конструкции наземных сооружений. Их повреждения, особенно в
случае обрушения, приводят к значительному материальному ущербу, вызывают
особые сложности и удлиняют срок восстановления сооружения. В свою очередь
разрушение крепи может вызвать обрушение грунта и прорыв в тоннель подземных
вод. Это определяет повышенные требования к огнестойкости строительных
конструкций тоннелей.
Проникновение
вредных газов в тоннель может вызвать отравление людей, ухудшение видимости,
химическое разложение материалов конструкций и оборудования. Повышение
концентрации углекислого газа в тоннельной атмосфере опасно, так как он
вытесняет кислород и делает состав воздуха непригодным для дыхания. Аварийные
ситуации могут вызвать также газы, выделяемые двигателями внутреннего сгорания
транспортных средств.
Федеральным
законом «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» работы
в подземных условиях отнесены к промышленно опасным производствам (независимо
от наличия на объекте опасных веществ и материалов). В соответствии с
требованиями норм при строительстве подземных сооружений в сложных
инженерногеологических условиях с применением специальных методов работ в
составе ТЭО (проекта) должен быть разработан раздел «Промышленная
безопасность»; при применении традиционных технологий допускается рассмотрение
требований промышленной безопасности в разделе ПОС.
В
составе раздела «Промышленная безопасность» отражают факторы, которые могут
привести к осложнениям и авариям, решения по обеспечению безопасности людей и
окружающей среды. При этом требуется: дать оценку инженерно-геологических
условиям с указанием возможных геологических аномалий и мер по безаварийному
ведению работ; установить соответствие границ ведения работ утвержденному
проекту горного отвода; привести перечень опасных производственных объектов,
расположенных вблизи объекта (предприятия, использующие опасные вещества,
железнодорожные пути с перевозкой опасных грузов, бензозаправочные станции,
склады огнеопасных, взрывчатых и отравляющих веществ и т. п.), оценить степень
их влияния на строительный процесс и разработать меры по предупреждению
возможных аварий; привести перечень сооружений и коммуникаций в зоне возможных
деформаций земной поверхности и грунтового массива, технические решения по
предупреждению их деформаций; оценить степень воздействия технологических
процессов и проявлений при этом шума, вибрации, выбросов вредных веществ,
изменений уровня грунтовых вод, влияния на экологию; привести решения по
снижению этих воздействий до безопасного уровня; выполнить расчеты временной
крепи обделок на прочность и устойчивость; оценить оборудование и технические
устройства на соответствие требованиям норм безопасности. Рекомендуется
отразить основные меры безопасности при возникновении возможных нештатных и
аварийных ситуаций; меры пожарной безопасности в процессе производства
строительно-монтажных работ, меры по предупреждению электротравматизма;
технические решения по бесперебойному обеспечению электроэнергией, сжатым
воздухом, связью на участках, где перерыв подачи может привести к аварийной
ситуации; разработать схемы и режимы проветривания выработок; оценить возможные
ситуации с внезапным выбросом газа и грунтов, горными ударами, вывалами,
прорывами водогрунтовых масс и определить меры борьбы с подобными проявлениями;
предусмотреть резервирование водоотливных средств, достаточную емкость зумпфов;
оценить эффективность методов измерений деформаций зданий и сооружений в зоне
влияния горнопроходческих работ.
Список литературы
Для
подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.securpress.ru/