Фильтрационная надежность конструкций городских подземных сооружений

-МиР 
У 
ГОРНОЙ КНИГИ 
... ~ 
~ 

РЕДАКЦИОННЫЙ 

СОВЕТ 

Председаmель 

Л.А.ПУЧКОВ 
президент МГГУ. 

чл.-корр. РАН 

Зшw. председателя 

л.х гитис 
директор 

Издательства МГГУ 

Члены редсовета 

И. В. ДЕМЕНТЬЕВ 
академик РАЕН 

А.П. ДМИТРИЕВ 
академик РАЕН 

Б.А. КАРТОЗИЯ 
академик РАЕН 

МВ. КУРЛЕНЯ 
академик РАН 

В.И. ОСИПОВ 
академик РАН 

Э.М СОКОЛОВ 
академик МАНВШ 

К.Н. ТРУБЕЦКОЙ 
академик РАН 

В.В.ХРОНИН 
профессор 

В.А. ЧАНТУРИЯ 
академик РАН 

Е.И. ШЕМЯКИН 
академик РАН 

Е.Ю. КУЛИКОБА 

ФИЛЬТРАЦИОННАЯ 
НАДЕЖНОСТЬ 
КОНСТРУКЦИЙ 

ГОРОДСКИХ 
ПОДЗЕМНЫХ 
СООРУЖЕНИЙ 

о 
ID 
1
С.) 

.а 
с 
111 
1:s: 
о 

А. 
1
С.) 
w 
о 
:z:: 

:Е 
w 
м 
Cl 
~g 

МОСКВА 

ИЗДАТЕЛЬСТВО «МИР ГОРНОЙ КНИГИ» 
2007 

УДК 624.191.9 

ББК 38.78 

К90 

Книга соответствует «Гигиеническим требованиям к изданиям кни.жны.м для 

взрослых. СанПиН 1.2.1253-03», утвержденным Главным государственным санитарным врачом России 30 марта 2003 г. 

Куликова Е.Ю. 

К 90 
Фильтрационная надежность конструкций городских подзем
ных сооружений. -М.: Издательство «Мир горной книги», 2007. 
-316 с.: ил. 
ISBN 978-5-91003-017-0 (в пер.) 

Дан анализ характера и nричин образования дефекrов в несущих конструкциях городских nодземных сооружений. Приведсны резульТII'IЪI исследований 

фильтрашюююй надежносm сущеС'111ующих сборных и моноJIИ'IНЫХ обделок nодземных сооружений и сделан вывод об их нСС00'111еТСП1ни устанавливаемым в 

нормаmвных докуменrах требоВIIНИЯЫ. Среди факrоров, влияющих на снижение 

водонеnроющаемосm несущих конструкций nодземных сооружений, выделены 

наиболее значимые: rермовлажносmые режимы внутри nодзеiiоюго сооружеНИJI, 

материал технолоmческих швов, IIЛO'ПIOCIЪ nород, вмещающих данные обьеК'IЪ/. 

Приведен тоnоll'афический IIЛаН развер11<И учаСП<а бетониой обделки для ряда 

ТОЮiелей, который nозволил обнаружmъ закономерносm расnределеНИJI прочносmых и фильтращюЮiых nоказателей вторичной бетоЮiой обделки. Деrально 

рассмотрены технолоmческне acneК'IЪI досmжеНИJI задаиной сrеnени IIЛO'ПIOCПI 

вмещающих nодземное сооружение nород nри nрименеЮfИ их химического укреIIЛеНИJI. 

Дnя сnециалистов, работающих в облает освоеНИJI nодземного nространсrва городов, заюпых воnросами обесnечеНИJI необходимой водонеnроющаемосm, 

надежносm и дОJП"Овечносm конструкций nодземных сооружений. Может бьпъ 

nолезна cryдelmiМ горных вузов и факультетов. 

ISBN 978-5-91003-017-0 

УДК 624.191.9 

ББК 38.78 

© Е.Ю. Куликова, 2007 
© Издательство 

«Мир горной КНИГИ», 2007 

© Дюайн книги. 

Издательство МГГУ, 2007 

ВВЕДЕНИЕ 

Освоение подземного пространства крупных городов приобретает огромное значение из-за дефицита городских территорий, постоянного роста населения, резкого увеличения загазованности, транспортных потоков и недостаточного развития городской инфраструктуры. 

Почти во всех крупных городах мира идет процесс активного освоения подземного пространства для размещения транспортных и инженерных систем, объектов торговли и бытового 

обслуживания, складов и автостоянок, многофункциональных подземных комплексов. Общий объем проведения только подземных коммуникаций в РФ составляет порядка 200 250 км/год, 

из которых не менее 75-80 км/год приходится на Москву. 

Образуется новая подземная инфраструктура мегаполисов, которая требует корректного учета влияния техногеиных процессов 

на экологию подземного пространства, на состояние гидрогеологической среды, а также архитеюурно-художественное оформление 

сооружаемых функциональных подземных центров и объектов. 

При освоении подземного пространства используются практически все направления современного подземного строительства. Комплексное освоение подземного пространства является 

одним из наиболее эффективных путей решения территориальных, транспортных и экологических проблем крупных городов, 

развивающихся как культурно-исторические и торгово-промышленные центры. При этом наиболее полно сохраняется окружающая среда для размещения парков и рекреационных зон и значительно уменьшается загрязнение от автомобильного движения. 

Одним из факторов, тормозящих широкое освоение подземного пространства городов, является недостаточная надежность 

несущих конструкций подземных сооружений. Несмотря на большие достижения в проектировании и технологии строительства 

этих объектов, последние не всегда в полной мере удовлетворяют требованиям долговечности. 

5 

Так, по различным оценкам от 60 до 80 % инженерных коммуникаций городов и поселков городского типа на территории 

СНГ отслужили нормативный срок, порядка 25 30 % из этого 

числа находится в аварийном состоянии. Если рассматривать 

только подземные инженерные коммуникации России, то их общая 

протяженность в настоящее время составляет 373,5 тыс. км (на 

долю канализации приходится порядка 115,2 тыс. км). Из них 

отслужили нормативный срок и требуют замены 109,7 тыс. км. 

Протечки из коммуникаций загрязняют подземное пространство населенных пунктов. По оценке специалистов, на территории Российской Федерации подтоплено 809 городов и 478 поселков городского типа, причем весьма значимой составляющей 

этого процесса являются утечки из канализационных и водопроводных коммуникаций. Только замена более 1 500 км коммуникаций в год в течение 10 лет может способствовать улучшению 

сложившегося положения. 

Появление дефектов в обделках снижает срок службы подземных сооружений от 4 до 20 лет и требует дополнительных 

капиталовложений. Значительная часть финансовых средств уходит на борьбу с отказами, среди которых основное место занимают нарушения гидроизоляционных свойств несущих конструкций подземных объектов. Например, на ликвидацию течей, устройство дренажей и подобные мероприятия на метрополитене в 

среднем затрачивается для перегоН1iых тоннелей 0,005 %, станционных- 0,018 % на единицу стоимости основных фондов, 

что в конечном итоге составляет значительную сумму. Ремонты 

коммунальных тоннелей, обусловленные необходимостью ликвидации нарушений плотности и размыва обделки, составляют 
2 30 % стоимости строительства каждого кубометра сооружения на один год эксплуатации. 

Размеры инвестиций в поддержание подземных сооружений 

в процессе их эксплуатации в развитых странах доходят до 50 % 

общей величины вложений в строительство. Затраты только на 

ремонт железобетона, из которого выполнено большинство 

промышленных сооружений, составляют 4- 5 % валового продукта развитых стран мира. 

6 

В 2004 г. уровень аварийных фондов тоннелей инженерных 

коммуникаций в Москве составлял 28 %. В других городах России эта величина еще больше и доходит до 40 % и более. Недовложение средств и неправомерное их расходование на объектах, которые не нуждаются сегодня в ремонтных работах, 

приводят к росту аварийного фонда примерно до 1% в год. 

Свыше 90 % всех подземных сооружений в городах выходят 

из строя ранее проектных сроков, то есть не соответствуют проектному уровню долговечности [120]. Преждевременный износ 

приводит к их отказу и необходимости выполнения ремонтных 

работ. Однако конструкции подземных сооружений отличаются 

плохой ремонтопригодностью. Их трудно и дорого ремонтировать, чаще всего невозможно вскрыть. Таким образом, можно утверждать, что сегодня показатели надежности конструкций подземных сооружений находятся на низком уровне. 

Заложенная еще на стадии проектирования недостаточная 

фильтрационная надежность несущих конструкций городских подземных сооружений связана с нерешенностью ряда вопросов их 

фильтрационного взаимодействия с массивом вмещающих пород. 

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, о 

влиянии процессов фильтрации на свойства материалов обделки и 

их устойчивость, но и о связи водопроницаемости несущих элементов со свойствами массива горных пород. Поэтому обеспечение 

фильтрационной надежности городского подземного сооружения 

должно основываться на комплексе защитных мер, направленных 

на вовлечение в работу как соответствующих свойств самого подземного объекта, так и породного массива и технологических 

приемов его строительства, поддержания и эксплуатации. Следовательно, надежность любого объекта подземного строительства 

подразумевает надежность системы «массив горных пород- подземное сооружение» в комплексе, а не по отдельным ее элементам. 

Надежность подземных сооружений нельзя рассматривать в 

отрыве от массива вмещающих пород и тех процессов, которые 

происходят как в подземном пространстве, так и на земной поверх
7 

ности 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 таюке ненадежной. 

Более того, иенадежиость вмещающих горных пород вызывает, как 

правило, появление таких деформаций и напряжений в конструкциях подземного объекта, при которых они становятся ненадежными даже в тех случаях, если их надежность сама 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-напряженного состояния вмещающего массива и активизацию нежелательных естественных процессов в породах. Поэтому фильтрационная надежность подземных 

сооружений не может существовать сама по себе, а должна быть 

четко увязана с технологической надежностью и надежностью строительных конструкций городского подземного объекта. 

В связи с этим в общей проблеме освоения подземного пространства возникает актуальная задача, заключающаяся в следующем: 

• определение допустимой степени проницаемости несущих 

конструкций подземных сооружений, обусловленной санитарногигиеническими условиями пребывания людей в подземных помещениях; 
• установление характера взаимодействия несущих конструкций со свойствами грунтового массива, вмещающего данный 

объект; 

• изыскание возможностей управления фильтрационными 

свойствами массива с использованием наиболее приемлемых 

средств его упрочнения. 

В настоящее время номенклатура и срок службы действующих 

городских подземных объектов невелики, поэтому в данной работе 

круг их рассмотрения ограничен сооружениями транспортного назначения и тоннельных канализационных сетей, длительно и в 

большом количестве используемых в любом крупном городе. 

8 

ОЦЕНКА 
НАДЕЖНОСТИ 
СУЩЕСТВУЮЩИХ 
КОНСТРУКЦИЙ 
ПОДЗЕМНЫХ 
СООРУЖЕНИЙ 

... 

с 
ID 
с 
с 
....