Читать онлайн Инженерно-строительная геоэкология бесплатно

Инженерно-строительная геоэкология

© Томский государственный архитектурно-строительный университет, 2016

© Ольховатенко В.Е., Чернышова Н.А., 2016

* * *

Введение

Инженерно-строительная геоэкология является новой междисциплинарной наукой, развивающейся на стыке геоэкологии и строительного дела. В свою очередь, по определению академика В.И. Осипова, «Геоэкология – также междисциплинарная наука, изучающая неживое (абиотическое вещество геосферных оболочек Земли), как компоненту окружающей среды и минеральную основу биосферы».

Объектом геоэкологии является неживое (костное и биокостное) вещество геосферных оболочек Земли (верхней части литосферы, атмосферы и гидросферы).

Предметом геоэкологии является вся сумма знаний о геосферных оболочках и их изменениях под влиянием природных и техноприродных факторов, как многокомпонентных иерархически построенных динамических системах с многоступенчатыми процессами саморегулирования. К приоритетным направлениям в области геоэкологии В.И. Осипов относит:

1. Анализ изменений геосферы под влиянием природных и техноприродных факторов и разработка путей выявления этих изменений. Это направление включает:

– изменение ландшафтов урбанизированных территорий;

– изучение деформирования поверхности Земли в результате откачки воды, добычи нефти и газа;

– изучение подъема уровней подземных вод и подтопления территорий;

– исследование загрязнения поверхностных и подземных вод;

– изучение склоновых геодинамических процессов;

– изучение напряженно-деформированного состояния и температурного поля Земли;

– изучение загрязнения окружающей среды в результате накопления на её поверхности промышленных и бытовых отходов.

2. Рациональное использование водных, земельных, минеральных и энергетических ресурсов Земли.

3. Изучение природных и техно-природных процессов и явлений в геосферных оболочках Земли.

Объектом инженерно-строительной геоэкологии являются природно-технические системы.

Предметом инженерно-строительной геоэкологии является сумма знаний о природно-технических системах, изменении их состояния и устойчивости при техническом воздействии в процессе строительного производства. В задачу инженерно-строительной геоэкологии входит:

– проведение комплексных геоэкологических исследований урбанизированных территорий;

– оценка рисков в строительстве;

– оценка состояния и устойчивости природно-технических систем;

– разработка геоэкологических моделей урбанизированных территорий;

– проектирование и строительство объектов инженерной защиты;

– организация мониторинга природно-технических систем.

1. Понятие о природно-технических и геотехнических системах

Под природно-техническими системами (ПТС) понимается совокупность форм и состояний взаимодействия природной среды с инженерными сооружениями на всех стадиях их функционирования.

Под геотехническими системами (ГТС) понимается совокупность форм взаимодействия геологической среды с техническими сооружениями.

Под состоянием ГТС понимается её способность к функционированию. Нормальное функционирование ГТС будет обеспечено при условии работы технических сооружений в строгом соответствии с проектным режимом.

Равновесие ГТС определяется динамичностью природной и надежностью технической составляющих. В свою очередь, надежность технической составляющей определяется режимом эксплуатации сооружений, состоянием природной составляющей и характером её влияния на инженерные сооружения.

Под опасностью состояния ГТС понимается развитие неблагоприятных геологических процессов для строительства и эксплуатации, крайняя степень интенсивности которых может привести к возникновению чрезвычайных ситуаций. Критерии оценки состояния ГТС приведены в таблице.

Критерии оценки ГТС

Рис.0 Инженерно-строительная геоэкология
Рис.1 Инженерно-строительная геоэкология

2. Управление состоянием геотехнической системы

Цель управления – обеспечение равновесного функционирования ГТС в соответствии с заданным режимом.

Важными задачами при этом являются:

– обоснование различных видов и объемов изыскательских работ и их оптимальное размещение;

– предупреждение неравновесного состояния ГТС и её элементов;

– обоснование мероприятий по выведению ГТС из неравновесного состояния при возникновении критических ситуаций.

Выделяются два способа управления ГТС – геоинформационный и технический (рис. 2.1).

Технический способ управления предполагает регулирование режима функционирования системы в зависимости от характера и степени динамичности природной составляющей, а также от несущей способности оснований и состояния технической составляющей.

Геоинформационный способ управления предполагает разработку норм проектирования ГТС, разработку проектных решений, обоснование технологий строительства и эксплуатации ГТС.

Геотехнические исследования осуществляются на всех этапах создания и функционирования ГТС и включают кадастровые, динамические и проектные исследования.

Рис.2 Инженерно-строительная геоэкология

Рис. 2.1. Структура управления ГТС

Разработана общая классификация геотехнических систем по типу техногенных воздействий на геологическую среду (рис. 2.2).

Рис.3 Инженерно-строительная геоэкология

Рис. 2.2. Общая классификация ГТС по типу техногенного воздействия на геологическую среду

В группу транспортных ГТС входят железнодорожные, автодорожные, трубопроводные, а также ЛЭП. Общими признаками этих систем являются линейное протяжение, большие объемы земляных работ, выполненных при их сооружении и сложность в эксплуатации.

К группе гидротехнических и водохозяйственных ГТС относятся плотины, причальные сооружения, водоотводные каналы тоннелей и водохранилища.

Общей проблемой при функционировании этих ГТС является разрушительное действие водных потоков, что приводит к разрушению берегов и развитию опасных геологических процессов.

К промышленным ГТС относят ресурсоперерабатывающие сооружения: горно-металлургические и горно-обогатительные комбинаты, топливно-энергетические и лесоперерабатывающие комплексы.

Промышленная ГТС содержит в себе элементы транспортных, гидротехнических и водохозяйственных ГТС.

Сельскохозяйственная ГТС включает различные формы взаимодействия агропромышленного комплекса с геологической средой.

Селитебная ГТС представляет территории и места компактного проживания населения.

Рекреационная ГТС объединяет элементы, характерные для курортных, туристических и заповедных зон. Назначение рекреационных зон – создание экологически чистых ландшафтов местности как средств физического и эстетического оздоровления человека. В инфраструктуре таких ГТС присутствуют элементы транспортных, гидротехнических, водохозяйственных и сельскохозяйственных ГТС.

3. Урбанизация городов и ее воздействие на городскую среду

Источниками техногенных воздействий на окружающую среду в городах являются объекты промышленности, коммунального хозяйства, строительного производства, транспорт, свалки, складские зоны, кладбища.

Основными видами техногенных воздействий являются:

– физическое и механическое воздействие;

– химическое;

– биологическое.

Физическое воздействие включает статические, динамические (вибрационные), тепловые, электрические и электромагнитные формы воздействия.

Статические воздействия на геологическую среду оказывают все сооружения, нагрузки от которых передаются на грунтовые основания и фундаменты. В результате такого воздействия происходят изменения физико-механических свойств грунтов, что приводит к развитию осадок сооружений.

При проектировании зданий и сооружений необходимо провести предварительные инженерно-геологические изыскания и выполнить расчеты осадок сооружений.

Динамические воздействия возникают вблизи промышленных предприятий, строительных площадок, транспортных магистралей. Они связаны с работой машин и механизмов, применением взрывов при разработке карьеров строительных материалов.

Вибрационные воздействия приводят к изменению физико-механических свойств грунтов, деформированию зданий и сооружений, потере устойчивости откосов глубоких выемок.

Тепловое воздействие обусловлено работой ТЭЦ, АЭС, котельных, тепломагистралей, металлургических предприятий, хладокомбинатов и холодильных установок.

С ним связано изменение температурного поля грунтов, теплофизических свойств горных пород и подземных вод. В районах развития многолетней мерзлоты тепловое воздействие на мерзлые грунты приводит к деградации мерзлоты и способствует развитию термокарста и солифлюкции.

Продолжить чтение