Строительство и архитектура/3. Современные технологии строительства, реконструкции и реставрации.

Д.т.н. Куликова Е.Ю.

Московский государственный горный университет

Проектирование технологии строительства подземных сооружений с учетом развития экологического риска

Условия строительства подземных сооружений характеризуются совокупностью переменных природных и техногенных факторов, взаимодействие которых создает множество комбинаций, отражающих специфику требований к способам их строительства. Типизация технических решений при проектировании строительства городских подземных сооружений вступает в противоречие с многообразием условий строительства, выражающихся в общей тенденции ухудшения горно-геологической обстановки и в вероятностной природе проявления свойств вмещающих породных массивов. Это делает необходимым разработку научных основ выбора технологии строительства подземных объектов, учитывающих в комплексе все взаимовлияющие факторы.

В основе всех технологических решений, принимаемых на стадии проектирования, должны быть принципы приоритетности и комфортности труда человека в подземном пространстве и сохранности окружающей среды. Породный массив представляет многокомпонентную систему и может рассматриваться как система взаимосвязей фазовых состояний, которые отражают многообразие причинно-следственных факторов природных и техногенных воздействий. Основой построения таких взаимосвязей являются выявленные возмущения в природной среде, которые представляют собой реакцию массива на технологические воздействия при строительстве в реальном масштабе времени, что реализуется при проектировании за счет специальных мероприятий, направленных на снижение воздействия в рамках принимаемых технологий.

Анализ современных способов строительства подземных сооружений выявил необходимость их формирования по функциональным или общим системным признакам, позволяющим на уровне информационных технологий разрабатывать и реализовывать в проектах основы регулирования и управления технологическими процессами, обеспечивающими безопасность и стабильность функционирования подземных объектов. Системное обобщение технологий строительства, типа подготовки и способов воздействия на массив, обеспечивающих безопасность строительства, формирует базу для выявления соответствия между технологическими процессами строительства подземных сооружений и методами обеспечения эффективного использования технологий за счет влияния на состояние породного массива. Создание такой базы возможно только посредством анализа экологического риска.

Экологический риск при строительстве подземных сооружений определяется исходя из выражения

или ,

где Р_н..о – вероятность наступления отказа подземного сооружения; У – экологический ущерб от происшедшей аварии; Р_ущ – вероятность данного экологического ущерба; М_ущ – математическое ожидание величины экологического ущерба.

Величина экологического ущерба при этом формируется по двум возможным режимам техногенных воздействий:1) в неявном виде (безаварийная работа подземного сооружения, строительство, эксплуатация); 2) в явном виде (наличие аварийных ситуаций).

Масштабы экологических потерь связаны с комплексом возможных причин, вызвавших экологическую опасность в районе размещения подземного сооружения, таких как: проектно-производственные дефекты подземных сооружений (ошибки при изысканиях и проектировании – 7-8%, низкое качество выполнения строительных работ – 15%, низкое качество строительных материалов, конструкций и пр.); воздействия технологических процессов (нарушение правил эксплуатации – 64%; нагрузки, превышающие допустимые; температурные перепады; вибрации; действие агрессивных сред и др. – 3-4%).

Так как рассматриваемая природно-техническая геосистема (ПТГС) «массив – технология – подземное сооружение – окружающая среда» состоит из взаимовлияющих элементов, то суммарный ущерб от техногенного воздействия в явном виде, определится выражением:

где У_п – суммарный экологический ущерб, нанесенный природным (естественным) объектам; У_и – суммарный экономический ущерб, нанесенный объекту подземного строительства (искусственному объекту).

С учетом повышения энергоемкости подземного строительства уровень экологического риска технологий строительства подземных сооружений может быть определен из условия:

где Е₁, Е₂ – энергетические эквиваленты сравниваемых элементов ПТГС; Р_н.о1, Р_н.о2 – вероятности наступления отказа при эксплуатации подземного сооружения, влекущего развитие экологической опасности; m_t – константа, характеризующая меру экологической опасности по величине техногенных изменений, произошедших в конкретном объекте природы.

Каждый элемент формируемой природно-технической геосистемы наделен свойствами, обусловливающими потенциально опасный уровень техногенных изменений объектов природы в соответствии со спецификой взаимодействия с окружающей средой. Характеристика экологического состояния этой природно-технической геосистемы на стадии строительства может быть определена по следующим показателям: среднестатистическим параметрам техногенных источников, определяющим меру воздействия на объекты окружающей среды; показателям техногенного изменения объектов окружающей среды. Экологическое состояние природно-технической геосистемы на стадии эксплуатации может быть описано: схемами перехода равновесных состояний с помощью системы параметров; промежуточными состояниями, обусловленными техногенными нагрузками; компенсационными возможностями природных объектов; характером потока, отражающего воздействие подземного сооружения на окружающую среду и потери для последней.

Основными характеристиками состояния природно-технической геосистемы «массив – технология – подземное сооружение – окружающая среда» являются: e₀ – техногенный уровень, соответствующий состоянию ПТГС до начала ее эксплуатации (например, по окончании строительства, завершению всего цикла подготовительных работ по пуску подземного объекта в эксплуатацию), характеризует энергетические возможности системы с точки зрения ограничений на выбор технологии строительства; e_t – техногенный уровень на текущий момент функционирования ПТГС «массив – технология – подземное сооружение», характеризует работу, совершаемую в границах природно-технической геосистемы в диапазоне регламентированных техногенных нагрузок.

Характеристика поведения ПТГС при переходе от одного техногенного состояния к другому будет иметь следующий вид:

где А_W – работа по переводу системы из состояния с одним техногенным уровнем e_I в состояние с другим техногенным уровнем e_II;

dA считается положительной величиной при повышении экологического риска ПТГС (R®1) и отрицательной при снижении экологического риска (R®0).

Литература:

1. Куликова Е.Ю. Методология выбора экологически безопасных технологий подземного строительства. – М.: Изд-во МГГУ, 2005. – 342 с.

2. Мазур И.И., Молдованов 0.И., Шишов В.Н. Инженерная экология. – М.: Высшая школа, 1996. – 637с.