§ 16. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИЗЫСКАНИЙ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ТОННЕЛЕЙ (ч. 4)

Подземные газы. Серьезного внимания требуют подземные газы, наличие которых в атмосфере выработки представляет опасность для здоровья работающих.

Углекислый газ не ядовит, но при повышенном его содержании в воздухе уменьшается количество кислорода. Поэтому допускается его содержание не более 0,5% по объему. Углекислый газ значительно тяжелее воздуха и опасен при внезапном прорыве большого его количества, например из карстовой пещеры. Появления углекислого газа следует ожидать в вулканических районах, вблизи угольных залежей, при наличии сбросовых трещин.

В районе залегания угля, каменной соли, битуминозных пород, вблизи месторождений нефти следует ожидать поступления в выработку метана (рудничный газ). Метан почти в два раза легче воздуха и скапливается в верхней части выработки. Он не имеет цвета и запаха и представляет серьезную опасность, так как при концентрации от 5,5 до 14—16% образует гремучую смесь (взрыв этой смеси имеет наибольшую силу при концентрации метана 9,5%). Содержание в воздухе метана можно обнаружить по изменению цвета пламени предохранительной лампы. При концентрации метана более 1% выработку переводят на газовый режим со значительным увеличением объема вентиляции и принятием мер против искрообразования (переход от огневого взрывания к электрическому, замена контактных электровозов аккумуляторными и т.п.). Реже встречается сероводород, который ядовит, образует с воздухом смесь при концентрации 6%, но серьезной опасности не представляет, так как обладает резким запахом, по которому его легко обнаружить. Сероводород обычно поступает в выработку из трещин вместе с подземными водами и заполняет всю выработку, так как не на много тяжелее воздуха.

Температура подземной выработки. По мере заглубления подземной выработки температура в ней возрастает. Это сильно отражается на производительности труда рабочих. В сухой выработке возможна работа при температуре до 45—50° С, во влажной — при температуре не выше 40° С, но при условии усиленной вентиляции. Для своевременной разработки мероприятий по охлаждению выработки и обеспечению нормальных условий труда рабочих необходим прогноз возможной температуры на глубине заложения тоннеля.

Сезонные колебания температуры на поверхности распространяются на сравнительно небольшую глубину, зависящую от климата местности. Для экваториальных стран эта глубина составляет 6—10 м, для стран континентальных она возрастает до 30—35 м. Ниже уровня постоянной температуры происходит равномерное нарастание температуры по мере заглубления. Глубина, соответствующая повышению температуры на 1° С, носит название геотермической ступени. Под равнинами она равна приблизительно 33 м и называется нормальной геотермической ступенью под долинами геотермическая ступень уменьшается от 33 до 20 м, под горными хребтами возрастает от 33 до 70 м (рис. 30).

Геоизотермы в горном массиве
Рис. 30. Геоизотермы в горном массиве

На величину геотермической ступени влияют многочисленные факторы. Увеличение геотермической ступени связано с действием факторов, вызывающих охлаждение горного массива. К таким факторам относятся крутое падение пластов, плотность и влажность пород, увеличивающие их теплопроводность, нисходящие источники воды, имеющей пониженную температуру, водоемы и ледники вблизи выработки. Восходящие источники воды, химические процессы, вулканические явления, вызывающие нагревание горного массива, способствуют уменьшению геометрической ступени. В среднем в горном массиве принимают величину геотермической ступени равной 45 м, однако в конкретных условиях необходим учет всех перечисленных факторов с использованием результатов многолетних измерений температуры в стволах шахт, буровых скважинах и подземных выработках, расположенных в районе строительства тоннеля.

Ниже глубины, на которой влияние рельефа местности перестает сказываться, расстояние между геоизотермами, т.е. линиями соединяющими точки массива с одинаковой температурой, равно нормальной геотермической ступени, т.е. 33 м, так же как под равнинами.

Приближенно температура подземной выработки tН может быть определена путем последовательного перехода от средней годовой температуры долины t0 к температуре воздуха, а затем к температуре почвы на высоте H0 перевала и, наконец, на заданной глубине Н (см. рис. 30).

Температура подземной выработки
(7)

где 200 — величина аэротермической ступени, м, соответствующей понижению температуры воздуха на 1° С; Δ — поправка на переход от температуры воздуха к температуре почвы, зависящая от высоты перевала над уровнем моря (при высоте над уровнем моря от 0 до 2,5 км величина Δ изменяйся в пределах от 0,8 до 3° С).

Волков В.П., Наумов С.Н., Пирожкова А.Н., Храпов В.Г. Тоннели и метрополитены