Методология выбора экологически безопасных технологий подземного строительства

М Г Г У
М Г Г У

ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ОСКОВСКИЙ
М

ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА
ГОСУДАРСТВЕННОГО
МОСКОВСКОГО
ИЗДАТЕЛЬСТВО

В.А. ЧАНТУРИЯ

Е.И. ШЕМЯКИН

В.И. ОСИПОВ

К.Н. ТРУБЕЦКОЙ

В.В. ХРОНИН

Э.М. СОКОЛОВ

А.П. ДМИТРИЕВ

Б.А. КАРТОЗИЯ

М.В. КУРЛЕНЯ

И.В. ДЕМЕНТЬЕВ

Л.Х. ГИТИС

Л.А. ПУЧКОВ

Председатель

Зам. председателя

Члены редсовета

РАН
академик

РАН
академик

РАН
академик

РАН
академик

РАН
академик

профессор

академик МАН ВШ

РАЕН
академик

РАЕН
академик

РАЕН
академик

Издательства
директор
МГГУ

чл.-корр.
МГГУ,
ректор
РАН

РЕДАКЦИОННЫЙ

С
О
В
Е
Т

ИЗДАТЕЛЬСТВО МОСКОВСКОГО
ГОСУДАРСТВЕННОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА

Допущено Учебно-методическим объединением вузов
Российской Федерации по образованию в области горного дела в качестве учебного пособия для студентов вузов,
обучающихся по основным образовательным программам
магистров 550605 «Строительство шахт и подземных
сооружений» и 550611 «Сооружение подземного пространства городов» направления подготовки магистров
550600 «Горное дело»

МОСКВА

Е.Ю. Куликова

М

ПОДЗЕМНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА
БЕЗОПАСНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
ЭКОЛОГИЧЕСКИ
ЕТОДОЛОГИЯ ВЫБОРА

УДК 622:27:502.3 (047.7)  
ББК 33.3 
 
К 90 

Экспертиза проведена Учебно-методическим объединением 
высших учебных заведений Российской Федерации по образованию 
в области горного дела (письмо № 51-108/6 от 30.11.2004) 

Книга соответствует «Гигиеническим требованиям к изданиям  
книжным для взрослых. СанПиН 1.2.1253-3», утвержденным Главным  
государственным санитарным врачом России 30 марта 2003 г. 
Р е ц е н з е н т ы: 
д-р техн. наук, проф. В.Ж. Аренс (вице-президент  
Российской академии естественных наук), 
                             д-р техн. наук, проф. М.И. Щадов (президент  
Международного горного конгресса) 
 
 
К 90 
Куликова Е.Ю. 
Методология выбора экологически безопасных технологий
подземного строительства: Учебное пособие для вузов. – М.:
Издательство Московского государственного горного университета, 2005. – 342 с.: ил. 
ISBN 5-7418-0374-1 

 
Даны анализ современных подходов к обеспечению экологической
безопасности городского подземного строительства и оценка влияния технологий строительства подземных сооружений на формирование факторов
экологического риска. Приведены классификации подземных сооружений
коммунального назначения, экологических рисков при освоении подземного пространства городов, критерии экологической безопасности для обоснования новых методологических подходов к выбору технологии строительства подземных сооружений. Показано влияние длительной эксплуатации подземных объектов города на их экологическую надежность. Изложены результаты эксперимента и методические основы определения
безопасного состояния работы природно-технической системы «породный
массив – технология – подземное сооружение».  
Для студентов вузов, обучающихся по основным образовательным
программам магистров 550605 «Строительство шахт и подземных сооружений» и 550611 «Сооружение подземного пространства городов» направления подготовки магистров 550600 «Горное дело». 

УДК 622:27:502.3 (047.7)  
ББК 33.3 
 

ISBN 5-7418-0374-1 
© Е.Ю. Куликова, 2005 
 
© Издательство МГГУ, 2005 
 
© Дизайн книги. Издательство МГГУ, 2005 

ÇÇÖÑÖçàÖ 
 
 
В последние десятилетия проблемы городского строительства и охраны окружающей среды поставили на повестку дня задачу хозяйственного освоения недр под промышленными и культурными центрами. Тысячи километров подземных дорог, коммунальных служб, производственных помещений сооружены под большими городами. Рассматриваются проекты развития Москвы за счет создания ее глубинных «этажей». Освоение подземного пространства мегаполисов позволяет снизить техногенную нагрузку на природный 
ландшафт, сэкономить материалы, разгрузить транспортные 
сети, сократить протяженность инженерных коммуникаций, 
эффективно обезвредить отходы производства, повысить комфорт населения и улучшить состояние окружающей среды.  
Освоение подземного пространства городов позволяет 
решать проблемы экологии градостроительными методами в 
плане взаиморазмещения различных объектов и их комплексов, оказывающих серьезное влияние на окружающую среду, 
определять на далекую перспективу состояния этой среды, а 
также оптимальные подходы к экологически обоснованной 
организации территории. 
Подземное хозяйство современных городов и промышленных предприятий имеет сложную разветвленную систему, 
состоящую из сетей, коллекторов и сооружений на них. Эти 
объекты представляют собой коммунальные подземные сооружения, входящие в инженерную инфраструктуру города. 
Только в Москве расположено 8420 км водопроводов; 10 000 км 
трубопроводов теплоснабжения и горячей воды; 6077 км газопроводов и 5920 км коллекторов различного назначения.  
В настоящее время водопроводными сетями РФ подается 
около 25,5 млрд м3 воды в год. Мощность водопроводов достигла 94,5 млн3/сут, протяженность водопроводных сетей составляет 434 тыс. км. По данным Госсанэпиднадзора России, в 
2000 г. 20 % проб воды коммунальных и 23,6 % ведомственных водопроводов не отвечали гигиеническим нормативным 

показателям, и 8,1 и 12,4 %, соответственно, – по микробиологическим критериям.  
Мощность очистных сооружений коммунальной канализации в РФ составляет 60,3 млн м3/сут, протяженность коммунальных канализационных сетей населенных пунктов достигла 105,2 тыс. км. В городах из общего числа эксплуатируемых канализационных сооружений 69 % перегружены. 
Сброс коллекторно-дренажных вод способствует загрязнению подземных вод. Из общего объема подземных вод, забираемых на хозяйственно-питьевые цели, 5–6 % загрязнены 
соединениями азота, сульфитами, хлоридами, нефтепродуктами, фенолами, солями тяжелых металлов и другими вредными веществами, содержание которых достигает 5 ПДК. 
Выявлено около 1800 очагов загрязнения подземных вод, из 
которых почти 80 % приходится на долю Европейской части 
России. 
Основными элементами подземного хозяйства городов 
являются подземные инженерные сети. В Москве около 300 
автозаправочных станций. Представляется целесообразным 
осуществлять транспортировку бензина и масел по подземным трубопроводам. Для дальнейшего улучшения санитарного состояния города предусмотрен пневматический транспорт для удаления бытового мусора, доставки корреспонденции и т.п. Проведенные расчеты показали, что использование 
подземного пространства города в этих целях позволит сэкономить около 8,3 % городской территории (7,2 тыс. га). Более 
6300 км подземной инфраструктуры Москвы составляют канализационные тоннели и сети, относящиеся к коммунальной 
сфере города. Ежегодно канализационная сеть города увеличивается в среднем на 100 км. Осуществляется модернизация 
канализационных сетей с применением новых полимерных 
материалов для защиты от коррозии; проводятся работы по 
диагностике сетей при помощи специального телевизионного 
оборудования; внедряются новые бестраншейные технологии 
ремонта коллекторов.  
Однако, несмотря на положительный эффект от освоения 
подземного пространства мегаполисов, подземное строитель

ство способно оказывать негативное влияние на окружающую среду в результате нарушения режима подземных и поверхностных вод; загрязнения водного бассейна за счет утечек из систем канализации и водоснабжения; сброса в водные 
объекты неочищенных или недостаточно очищенных бытовых и промышленных сточных вод, а также поверхностного 
стока с урбанизированных территорий; образования провалов 
и оседания поверхности; выбросов в атмосферу от работы 
машин и оборудования и т.п. Состояние коммунальных подземных объектов зачастую таково, что наносит дополнительный вред и без того ненормальной искусственной экосистеме 
города.  
Большую экологическую опасность представляет ветхость 
канализационных сетей (на долю которых приходится свыше 
20 % аварий от их общего количества), так как аварийная 
утечка сточных вод вызывает загрязнение подземных горизонтов пресных вод; поступление болезнетворных микроорганизмов и токсических веществ в окружающую среду. Дефицит мощностей канализационных сооружений в настоящее 
время в РФ достигает около 9 млн м3/сут; более 1⁄3 всех систем требует полной замены. Доля разрушений дворовых сетей составляет 80,8 %, городских – 19,2 %. Большую роль в 
преждевременном разрушении коллекторов играет материал 
обделки. Так, на долю керамических блоков приходится 83,5 % 
разрушений, чугунных – 9,6 %, бетонных и железобетонных – 
6,9 %. На капитальные ремонты подобных коллекторов тратится 40–45 тыс. руб. на 1 м тоннеля. Первоначальные капиталовложения и расходы на эксплуатацию подземных сооружений могут доходить до 75 % стоимости основных фондов.  
Значительная часть финансовых средств (до 30 % от 
стоимости строительства каждого кубометра сооружения в 
пересчете на 1 год эксплуатации) уходит на борьбу с отказами несущих конструкций, среди которых основное место занимает нарушение гидроизоляционных свойств обделок. 
Опыт эксплуатации и натурные наблюдения действующих 
тоннелей приводят к выводу, что недостаточная надежность 
несущих конструкций подземных сооружений закладывается 

еще на стадии проектирования и обусловлена нерешенностью многих вопросов взаимодействия подземных сооружений и вмещающих пород, отсутствием четких представлений 
о характере такого взаимодействия. 
Освоение подземного пространства наряду с природными 
(карст, суффозия, плывуны, сейсмичность, наличие насыпных и просадочных грунтов, размывы, деформирующиеся 
песчано-глинистые толщи), осложняется техногенными факторами. Это требует строго научного подхода к вопросам его 
инженерно-геологического, гидрогеологического и геометрического изучения. Поэтому вопрос обеспечения экологической безопасности подземных сооружений города стоит крайне остро. 
Актуальной проблемой, имеющей важное народнохозяйственное значение, является обоснование методологии выбора технологий строительства подземных сооружений, соответствующих современному подходу к сохранению окружающей среды, технико-экономической целесообразности, с 
учетом новых акцентов в подземном строительстве, достижений современной подземной архитектуры, градостроительной эстетики. С другой стороны, критерии выбора экологически безопасных технологий строительства подземных 
объектов должны обосновываться с учетом современных 
способов обеспечения устойчивости массива, определяющей 
его эксплуатационную надежность, методов прогнозирования механических и гидрогеологических процессов в окружающих породах, а также методов расчета параметров технологической надежности подземного сооружения. Таким 
образом, определяющие аспекты таких областей знаний, как 
строительная геотехнология, геофизика, геомеханика и теория проектирования освоения подземного пространства должны быть направлены на формирование экологической безопасности строительства и эксплуатации подземных сооружений.  
Основой обеспечения экологической безопасности при 
строительстве и эксплуатации подземных сооружений является обоснование и разработка мероприятий инженерной 

защиты окружающей среды от негативных проявлений техногенного вмешательства в земные недра, атмосферу, гидросферу и земную поверхность, нацеленные на восстановление 
экологического баланса в природно-технической системе 
«породный массив – технология – подземное сооружение». 
Большой вклад в изучение вопросов методологии проектирования и системного анализа внесли В.Д. Аюров, Б.А. Картозия, А.В. Корчак, Л.А. Пучков, В.А. Харченко. Вопросам экологической безопасности уделено внимание в трудах Н.В. Демина, В. Маршала, В.И. Осипова, В.А. Умнова, Э.Дж. Хенли.  
Основы обеспечения надежности несущих и ограждающих конструкций, технологической и эксплуатационной 
безопасности заложены в трудах И.В. Баклашова, П.П. Бессолова, Б.В. Бокия, В.Н. Борисова, Н.С. Булычева, З. Вайды, 
С.Н. Власова, М.М. Вяльцева, В.А. Гарбера, Г.Е. Голубева, 
Дж. Диксона, Б.М. Дягтерева, А.Ф. Зильберборда, Д.Р. Каплунова, Б.А. Картозия, Я. Келемена, Ю.И. Коломийца, Е.А. Котенко, А.М. Кириленко, Ю.Е. Крука, Ю.Н. Куликова, В.Г. Лернера, Л.В. Маковского, Н.Н. Мельникова, В.Е. Меркина,   
В.М. Мосткова, И.Д. Насонова, О.Н. Павлова, Е.В. Петренко, 
Я.В. Подикова, Н.М. Покровского, В.Л. Попова, А.Г. Протосени, Н.К. Розенталя, К.В. Руппенейта, А.А. Сегединова,      
В.И. Смирнова, К.Н. Трубецкого, Б.И. Федунца, Н.Н. Фотиевой, Ю.С. Фролова, П. Хилла, В.Г. Храпова, В.А. Хямяляйнена,  К. Цастрау, Т.Н. Цая, П.М. Цимбаревича, В.А. Чантурия, Н.Н. Чаплыгина, Е.И. Шемякина, А.А. Шилина,    
М.Н. Шуплика;  
Основы идентификации экологических рисков заложены в 
работах А.А. Аверчикова, А.А. Гусева, В.И. Данилова-Данильяна, Х. Куамото, И.И. Мазура, С.Н. Мазура, Е.И. Панфилова,  И.В. Петрова, А.В. Полуторного, Э.А. Уткина и др. 
В практике проектирования экологические, технологические и технические аспекты строительства и эксплуатации 
подземных сооружений рассматриваются в недостаточной 
увязке друг с другом. В настоящее время в достаточной степени изучены основные принципиальные схемы взаимодействия обделок сооружений с окружающим породным масси

вом, но пока еще недостаточно учтены вопросы взаимодействия компонентов окружающей среды между собой и их 
влияние на напряженное состояние самих обделок и вмещающего подземные объекты массива горных пород. Недостаточно рассмотрены вопросы токсического воздействия 
средств химического укрепления грунтов и материалов гидроизоляции; экологические последствия традиционных технологий и специальных способов строительства, т.е. те вопросы, без изучения которых невозможна выработка стратегии минимизации экологической опасности при подземном 
строительстве и осуществление мероприятий инженерной защиты окружающей среды от вредного влияния городских 
подземных сооружений. Все эти вопросы находятся в ведении нового научного направления – экологической безопасности строительства и эксплуатации городских подземных 
сооружений.