ВСН 30-83/Минэнерго СССР Инструкция по проектированию гидротехнических сооружений в районах распространения вечномерзлых грунтов

8. ПОДЗЕМНЫЕ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ

8.1. При выборе типа и конструкции здания ГЭС следует, как правило, отдавать предпочтение расположению зданий ГЭС и водоводов в подземных выработках, учитывая следующие преимущества перед открытым типом этих сооружений:

значительно проще обеспечивается непрерывное круглогодичное проведение строительных работ;

уменьшаются эксплуатационные расходы и численность эксплуатационного персонала;

улучшаются условия эксплуатации сооружения и основного оборудования.

Указанные преимущества в отдельных случаях могут иметь также подземные водозаборные сооружения и подводящие и отводящие деривационные тоннели.

8.2. В напорных водоводах тоннельного типа, как правило, следует предусматривать железобетонную обделку, а на участке примыкания к спиральной камере - противофильтрационную металлическую облицовку.

В тоннелях и водоводах, расположенных в многолетнемерзлых, прочных и относительно малотрещиноватых скальных породах, следует рассматривать возможность отказа от устройства железобетонной обделки и несущей анкерной крепи и применять более простые меры для крепления пород (набрызг-бетон, неглубокая анкерная крепь). Это в полной мере распространяется также на временные и строительные тоннели и водоводы.

8.3. При проектировании тоннелей в многолетнемерзлых породах следует, как правило, проектировать напорные тоннели как обеспечивающие более стабильные и равномерные условия работы скального массива и обделки.

При рассмотрении безнапорного варианта тоннеля следует учитывать отрицательное воздействие переменного температурного поля на состояние скального массива в безнапорной зоне и возможность постепенного его разрушения над сводом, особенно при значительном проценте льдистости породы.

8.4. Подземные выработки, предназначенные для машинных залов гидроэлектростанций, при малой трещиноватости скального массива по своду должны крепиться глубокой анкерной крепью, обеспечивающей образование породоанкерного свода, с набрызг-бетоном или железобетонной несущей оболочкой; стены выработки должны крепиться анкерами и отдельными прианкеренными в скале железобетонными пилонами, служащими одновременно опорными колоннами подкрановых балок.

При значительной трещиноватости и льдистости скального массива следует рассматривать возможность применения обжатой монолитнопрессованной обделки свода или образование породоанкерного свода и стен без проведения заполнительной цементации.

8.5. При проектировании подземных гидротехнических сооружений кроме обычных расчетов, предусмотренных нормами проектирования подземных сооружений, следует выполнять дополнительно температурные расчеты окружающего сооружение массива как в процессе проходки, так и для условий постоянной эксплуатации сооружения, и расчеты переформирования горного давления на обделку, вызванного температурными изменениями в массиве. В расчетах должна быть определена степень разгрузки массива и величина перемещений контура выработки до и после устройства железобетонной обделки и в случае отказа от нее.

8.6. Расчеты массива многолетнемерзлой породы, окружающей подземную выработку, следует выполнять с помощью ЭВМ, а температурные - также методом электротепловых аналогий (сеточные электроинтеграторы и ЭГДА).

Температурные расчеты должны учитывать изменения фазового состояния заполняющего трещины льда, а также изменение теплофизических характеристик пород массива в мерзлом и талом состоянии, определенных при проведении инженерно-геологических изысканий и исследований. На предварительных стадиях проектирования значения теплофизических характеристик пород можно принимать по табл.13 и 14 приложения I настоящей Инструкции.

При расчетах напряженно-деформированного состояния окружающего выработку массива следует учитывать изменение прочностных и деформационных характеристик пород в связи с изменением фазового состояния заполняющего трещины льда.

8.7. Для многолетнемерзлых пород, для которых затруднено определение горного давления с помощью натурных исследований, допускается проведение исследований процесса формирования горного давления на моделях из эквивалентных материалов или в сочетании с исследованиями на фотоупругих моделях.

8.8. Для массивов, отличающихся льдистостью более 1%, распученных при промерзании, следует учитывать возможность осадки подземных сооружений после оттаивания этих массивов.

В случае малого заглубления подземного гидротехнического сооружения, когда ореол оттаивания подходит к зоне попеременного оттаивания и замерзания (активной зоне у поверхности массива) или захватывает ее, следует считаться с возможностью образования на поверхности воронки оседания. Качественная и количественная оценка указанного явления должна устанавливаться по результатам температурного расчета массива с учетом инженерно-геологической оценки строения массива, проводимой в соответствии с указаниями раздела 3 настоящей Инструкции.

8.9. При наличии крупных нарушений сплошности массива вблизи подземных выработок (крупных трещин, зон дробления материала массива и т.п., род заполнителя в них, наличие и количество льда и жестких контактов) следует принимать меры к возможному ограничению их отрицательного влияния (глубокая анкеровка, замена разрушенной скалы и заполнителя трещин бетоном и т.п.).

8.10. При проектировании крупных подземных выработок (тоннелей более 8 м и камерных выработок машинных залов ГЭС, щитовых помещений и т.п.) необходимо определять естественное напряженное состояние вмещающего выработку массива. Такое определение должно производиться с помощью непосредственных измерений в натуре, а также расчетом или модельными исследованиями. При прогнозировании естественного напряженного состояния массивов рекомендуется учитывать также влияние разработки открытых котлованов, врезок и других выработок, проводимых в районе расположения проектируемых подземных сооружений.

8.11. При проектировании подземных выработок следует предусматривать в период строительства и эксплуатации сооружений организацию и проведение кроме обычных специальных натурных наблюдений, связанных с наличием мерзлоты, а именно:

а) измерения температуры массива вокруг выработки на расстоянии прогнозируемого оттаивания и температуры воздуха внутри выработки;

б) наблюдения за формированием уровня подземных вод в массиве после оттаивания льда, заполняющего трещины, и давлением грунтовой воды на обделку;

в) измерения деформаций и перемещений контура выработки и дневной поверхности в процессе разработки и строительства сооружения, в том числе наблюдения за образованием воронки осадки на поверхности для сильнольдистых пород при близком расположении подземной выработки к дневной поверхности;

г) измерения деформаций на следе крупных тектонических трещин в процессе оттаивания массива.