CC BY
72
ГЕОДИНАМИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ, ВЕДУЩИЕ К ИЗМЕНЕНИЮ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ И ЭКОЛОГО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ТЕРРИТОРИИ ПРОЕКТИРУЕМОЙ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ АДЛЕР - КРАСНАЯ ПОЛЯНА И СПОСОБЫ ИХ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ
М.В. Кушман, И.Ю. Григорьева
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова Воробьевы горы, 1, Москва, Россия, 119992, ГСП-2
Опасные геодинамические процессы, такие как оползни, сели, обвалы, осыпи, абразия, эрозия и лавины являются причиной серьезного экономического ущерба, катастроф и человеческих жертв, которые необходимо предупреждать и предотвращать. На примере территории проектируемой ультрасовременной железной дороги Адлер — Красная Поляна рассмотрен комплекс развитых опасных природных явлений и предложены рекомендация по геологическому обоснованию мероприятий по инженерной защите территории.
Ключевые слова: долина р. Мзымта, опасные процессы, инженерная защита.
Введение. За всю историю существования планеты Земля на нее обрушились тысячи природных катастроф разного масштаба, стоившие жизни миллионам людей. Можно ли было избежать схода гигантской снежной лавины в Стивенс-Пасс 1 марта 1910 г., унесшей в долину смерти пассажиров двух поездов? Можно ли было избежать схода гигантского оползня, который получил название «Усой-ский завал», 19 февраля 1911 г., в результате которого погибли все жители кишлака Усой? В историю Швейцарии как одно из самых тяжких событий вошел обвал, случившийся 10 сентября 1881 г. Тогда со склонов горы Чингельберг обрушилось около десяти миллионов кубометров земли и камней. Еще свежа в памяти людей страшная катастрофа в Кармадонском ущелье Северной Осетии, произошедшая в сентябре 2002 г. Жертвами огромного ледника стали жители селений, домов отдыха, расположенных в ущелье. Таких примеров можно привести очень большое количество. Однако возникающий вопрос о том, можно ли было предсказать и предотвратить катастрофу, остается без однозначного ответа.
В 2014 г. планируется проведение зимней Олимпиады в окрестностях Красной Поляны, поэтому возникла необходимость в строительстве новых объектов инфраструктуры, в частности ультрасовременной железной дороги Адлер — Красная Поляна, трасса которой будет проходить по долине р. Мзымты.
В результате проведенных в составе изыскательской партии ОАО «Мосгип-ротранс», возглавляемой М.Л. Васильевым, полевых исследований 2008 г. в долине р. Мзымта был изучен характер распространения и проявления опасных природных явлений. Дальнейший всесторонний анализ данных полевых наблюдений, фондовой и опубликованной литературы, опыта инженерной защиты территорий долин горных рек позволил составить предварительные рекомендации по инженерной защите проектируемой железнодорожной трассы и создать карту распространения опасных природных явлений с рекомендациями по их предотвращению (рис. 1).
Рис. 1. Карта распространения опасных природных явлений и рекомендации по их предотвращению
Только грамотно разработанная, геологически и экологически обоснованная схема комплексной защиты данной территории позволит решить задачу рационального использования Сочинского Национального Парка, где предполагается строительство железнодорожной трассы и избежать в дальнейшем катастроф, которые влекут за собой человеческие жертвы.
Данная территория характеризуется сложными инженерно-геологическими условиями, обусловленными сильной расчлененностью рельефа и комплексом развитых эндогенных и экзогенных геологических процессов. К эндогенным процессам относятся, во-первых, повышенная сейсмичность территории до 9 баллов по 12-балльной шкале, во-вторых, современные вертикальные движения земной коры. Данные сейсмологических исследований [4] на территории Северного Кавказа свидетельствуют также и о повышенной сейсмической активности в пределах прилегающей акватории Черного моря. Среди экзогенных получили широкое распространение такие процессы, как оползневые, обвально-осыпные, селевые, лавинные, карстовые, абразионные и эрозионные.
Эрозионный процесс. В результате всестороннего анализа гидрологического режима было установлено, что р. Мзымта обладает колоссальной эродирующей способностью.
Полевые наблюдения 2008 г. показали, что речная эрозия захватывает низкую, высокую пойму, а также первую надпойменную террасу р. Мзымта, где и планируется строительство железной дороги (см. рис. 1).
Авторы полагают, что на такой крупной территории целесообразно использование универсального средства — габионных конструкций (рис. 2), способных препятствовать сильной эрозии, которые, кроме того, со временем становятся частью природного ландшафта.
Рис. 2. Габионные конструкции
Из числа модернизированных противоэрозионных средств можно предложить разработанный в 2005 г. А.А. Алексеевым метод по использованию противоэрозионных геокомпозиционных экранов [1]. Метод заключается в установлении геокомпозиционных экранов, которые обеспечивают условия для образования
устойчивого растительного покрова на берегах горных рек и бортах оврагов, что в свою очередь приводит к прекращению развития эрозионных процессов на их поверхности.
В местах интенсивной боковой эрозии на данной территории уже используются струенаправляющие стенки на правом берегу реки (см. рис. 1). Это наиболее эффективное для условий рассматриваемой реки средство, которое необходимо использовать для защиты проектируемой дороги также и на левом берегу реки (рис. 3).
Абразионный процесс. Базисом эрозии р. Мзымта является Черное море, анализ динамики которого предопределили конструкции защитных сооружений. Защиту размываемых участков необходимо вести посредством устройства бунов, волноломов, а также искусственной подсыпки пляжа в межбунное пространство (см. рис. 1).
Оползневый процесс. Как известно, тектоническая нарушенность и раздробленность пород способствует проникновению процесса выветривания на большие глубины, что облегчает эрозию, обусловливает большую мощность вовлекаемых в оползневые смещения пород и большую мощность движущихся по зонам разрывных нарушений потоков подземных вод [3].
Для типичного оползня, находящегося в устойчивом состоянии, нами с помощью программы «GeoStudio» было проведено компьютерное моделирование по методу Моргинштерна—Прайса, в котором учитывались строение оползня, свойства грунтов слагающих его, влияние безнапорного водоносного горизонта, а также сейсмическое воздействие типичное для данной территории (табл.). В результате проведенного моделирования было установлено, что оползневая активизация произойдет уже при сейсмическом воздействии в 6 баллов (частота которых составляет 1 раз в 10 лет) по 12-балльной шкале (рис. 4).
Рис. 3. Струенаправляющая стенка
Инженерно-геологический разрез через оползень <п. Ахштырь> М горизонтальный 1 : 100 1й1
вертикальный 1 : 100 •
Рис. 4. Компьютерная модель, подтверждающая активизацию оползневого склона при землятрясении в 6 баллов по 12-балльной шкале
Таблица
Расчет устойчивости склона по методу Моргинштерна—Прайса
Модель Коэффициент устойчивости Заключение
Учитывающая нормативные свойства грунтов 2,722 Оползневый склон устойчив
Учитывающая нормативные свойства грунтов и воздействие безнапорных грунтовых вод 2,153 Оползневый склон устойчив
Учитывающая нормативные свойства грунтов, воздействие безнапорных грунтовых вод и сейсмическое воздействие в 6 баллов (40% случаев) 1,161 Оползневый склон неустойчив
Учитывающая нормативные свойства грунтов, воздействие безнапорных грунтовых вод и сейсмическое воздействие в 8 баллов (15% случаев) 0,980 Оползневый склон неустойчив
Также при помощи компьютерного моделировании было установлено, что при повышении влажности грунтов на 5% коэффициент устойчивости снижается на 20%, поэтому оползневая активизация произойдет уже при сейсмическом воздействии в 5 баллов. Все это является свидетельством чрезвычайной необходимости противооползневой защиты.
Широкое развитие на данной территории опасного оползневого процесса предопределяет необходимость в закреплении грунтов, устройстве удерживающих сооружений и системы эффективного дренажа (см. рис. 1).
Обвально-осыпной процесс. Полевые наблюдения показали, что обвальные и осыпные склоны составляют в среднем 35—40°. Для таких условий в соответствии со строительными стандартами и нормами из мероприятий по защите необходимо использовать улавливающие траншеи и улавливающие полки с бордюрной стеной у склонов, а также противообвальные галереи (см. рис. 1).
Карст. В процессе инженерных изысканий [5] были установлены карстовые проявления в известняках на поверхности (кары, поноры, воронки и т.д.) и в глубине грунтового массива (полости, каналы, пещеры и т.д.).
В соответствии со СНиП 22-02-2003 основное геотехническое мероприятие должно быть направлено на устранение существующих полостей и трещин, а именно тампонирование их при обнаружении (см. рис. 1). Оправданность данного мероприятия обусловлена тем, что карст здесь развит в труднорастворимых породах и проявление новых полостей занимает длительное время.
Закрепление закарстованных грунтов необходимо осуществлять инъекцией цементационных растворов или другими способами. Эффективность осуществления геотехнических противокарстовых мероприятий следует проверять бурением контрольных скважин [6].
Лавинный процесс. Для исследуемой территории характерно высокогорье и среднегорье с ледниковым рельефом на отметках от 2000 м, с глубиной расчленения рельефа от 400—800 до 1000—1500 м и преобладанием крутых склонов [5]. Типичны резко выраженные альпийские формы рельефа с острыми вершинами и зубчатыми гребнями. Среди лавинных очагов наиболее характерны цирки, сложные денудационные воронки со скалистой поверхностью и наклоном более 35° (см. рис. 1). В таких условиях наиболее целесообразно использование лавино-защитных галерей (рис. 5), навесов, эстакад.
Селевой процесс. Процесс образования и схода селевых потоков достаточно широко развит в пределах рассматриваемой территории. Притоки р. Мзымта чрезвычайно опасны с точки зрения возникновения и схода селей грязекаменного и воднокаменного типов. Главными факторами образования селей являются затяжные ливневые атмосферные осадки (до 3672 мм/год) и возможная разгрузка смерчей в виде бурных водных потоков [5].
В соответствии со СНиП 22-02-2003 в области питания селевых потоков твердым материалом мероприятия по защите территории должны быть направлены
Рис. 5. Противолавинная галерея
на обеспечение устойчивости склонов и регулирование поверхностного стока, в области транзита целесообразно строительство специальных селеуловителей — редкий шпунт, глубокие котлованы, бермы и т.д., в области аккумуляции (конусах выноса) селевых потоков целесообразно создание отводящих наносы сооружений, в частности направляющих дамб (см. рис. 1).
Заключение. Анализ особенностей геологического и геоморфологического строения, влияния климата и новейшей тектоники позволил разработать ряд предварительных рекомендаций по комплексу мероприятий инженерной защиты территории от экзогенных геологических процессов, которые являются геодинамическими факторами, ведущими к изменению инженерно-геологических и эколого-геологических условий территории проектируемой железной дороги Адлер — Красная Поляна. Дальнейшее детальное изучение каждого из развитых процессов позволит уточнить как состав мероприятий, так и параметры сооружений инженерной защиты. Инженерная же защита такой сложной территории должна быть осуществлена только при условии ее комплексной реализации. Составленный вариант авторской карты распространения опасных природных явлений с детально обозначенными на карте рекомендациями по их предотвращению будет полезен для организации мероприятий инженерной защиты территории (см. рис. 1).
Авторы выражают искреннюю благодарность М.Л. Васильеву, В.С. Юхимчук за возможность проведения полевых исследований; Ю.К. Васильчуку, С.А. Рад-ченко, Е.Н. Дунаевой, за проявленное внимание к работе, И.К. Фоменко за научно-методическую помощь, а также Е.В. Станис за высокую оценку результатов работы.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Алексеев А.А. Применение геокомпозиционных экранов при осуществлении противо-эрозионных мероприятий: Автореф. дисс. ... канд. наук. — М.: Изд-во МГУ, 2005.
[2] Билеуш А.И., Середяк Я.И., Марченко А.Г., Штекель А.С. Инженерная подготовка территории в сложных условиях. — К.: Будивельник, 1981.
[3] Кригер Н.И. Инженерно-геологический анализ применения противооползневых мероприятий на Черноморском побережье Крыма и Кавказа. — М.: Стройиздат, 1976.
[4] Притворов А.П., Разумов В.В., Шагин С. Эндогенные природные процессы в южном федеральном округе России // Геориск. — Сер. 1. — 2008. — С. 38—45.
[5] Серый В.В., Батурина А.Н., Лаврентьев Г.И. Отчет по инженерно-геологическим изысканиям туристско-спортивного горноклиматического курорта «Красная Поляна» с учетом развития горноклиматического курорта Сочи, 52 тыс. га. Производственный отчет. — М.: Мосгипротранс, 2007.
[6] СНиП 22-02-2003. Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов.
THE GEODYNAMIC FACTORS CONDUCTING TO CHANGE OF GEOLOGICAL AND ECOLOGICAL CONDITIONS OF TERRITORY OF THE PROJECTED RAILWAY ADLER - KRASNAYA POLIANA AND WAYS OF THEIR PREVENTION
M.V. Kushman, I.Y. Grigorieva
The Lomonosov Moscow State University
Vorobjevy gory, Moscow, Russia, 119899
Dangerous geodinamical processes such as landslip, earth flow, landslide, talus, abrasive, erosion and avalanches are the reason of the economic damage, catastrophes and the human sacrifices which necessary prevent and avert. A complex of the geological processes was considered and actions for engineering protection of territory were offered on an example of the projected modern railway Adler — Krasnaya Poliana.
Key words: the valley of the r. Mzymta, dangerous processes, engineering protection.
