CC BY
40
БИ&ПИОП>\ФИЧКСКИЙ с 11ИС0К
1 Коиягн /1 //.. Крючком Л. 1., Туманова Л." <" Гехнотенжм: минеральное сыри1 России it направления ел» использования // Ииф сб Вып, I АСНРосиедра». М . !0'М.42с.
2 Макаров А 6 О классификации техмопчь iiux месгорождепиП // Известия УГТТЛ. вып. IS Серии: Геология и геофизика. 2003. С 158-163.
3. Л/о/шмгь С // Саяьнмков О Л.4 Яшдсои .7 -1 и dp Техногенные месторождения Среднего Урала н опенка ни воздействии ни окружающую среду. Екатеринбург. 2002. 206 с
.1 Пртпли vfiii/ыа г,пн7)Лы l/.l \ik" г истин иа~
прюасмия испачьянмчнм / Глполай А. I". Макаров Б,.Глушко«аТ.А.мдр. Емиеринбург. НТО «Гор* носи, 1995.67 с.
5 Талмаи А Г, Макаров А /» ЗоГгЩин Ь Б Техногенные месторождение Урала, метой.» их ис-
следования и перспективы разработки " Известия вузов. ГорныП журнал. 1997 .Si 11-12 С 20-36.
6 Технагенно-мимеральные месторождения Урала: Особенности состава н методология исследования А. Б. Макаров. Л. Г ТалалпЛ. И. В Бурое и лр. М.. 1999.41 с.
7- ТруСецхрЬК И., УианецВ. //. Никишин М. /-• Классификация техногенных месторождений и основные фа^оры их комплексного освоении// Ком-1ПСКСНОС использование минерального сырья. 1987. Ns 12. С. IR-23.
S Чампурия Я А.. Корякин Б. М. Л налm техногенного минерального сырья Урала и перспективы его переработки'/ Проблемы гсотехнологни и нсдровсленн» (Мельникивскне 'Цент?. Доклады Междунлр. коиф Екатеринбург: УрОРАН, I99.S ТЗ. С-26-3-1
9. ЯкоюваВЛ. Бостон П П Техногенные месторождения России // Известия вузов. ГорныП жур-1Ш!1.1990. №10-11. С. 146-157
УДК 556.3
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ОСВОЕНИЯ ЕКАТЕРИНБУРГСКОГО МЕТРОПОЛИТЕНА
А. И. Ссмичкон. И. И. Коковплоп
Описывается .химический состпо дренажных вол Екатеринбургского метрополитен!» но ре-|>льтвтлм регулярных наблюдений продал жтслыюстью более 10 лег Делается нцволо влиянии метрополитена на изменение химического состава подземных вод Рассмотрены процессы. получившие развитие в связи с работой водопонизигельных систем, которые мо уг повлн-игь ил устойчивость зданий и сооружений, расположенных в непосредственной блишетн or объектов метрополитен»
Ключевые тта: метрополитен, химический состав, дренажные волы, суффозноннмн вынос.
In clause the chemical compound of drainage waters of the likatcrinburg underground. by results ol regular supervision, by duration more than 10 years is described It is judged influence of underground on change of a chemical compound of underground waters. Processes received development are considered in connection with work water systems which can ailed stability of buildings and Ihe constructions located in immediate proximity from objects of underground.
Key wants underground, chemical composition, drainage waters, su fibs ion.
Введение
В 1968 г численность населения г. Екатеринбурга (тогда г. Свердловска) превысила миллион человек [2] В результате появились
проблемы с перевозками пассажиром и осуществлением. Тогда и возник вопрэс о необходимости строительства метрополитена.
В настоящее время на территории России в шести городах имеются действующие мет-
ропачтенм (Москва, Сиикг-Петербург, Нижний Новгород, Самара, Новосибирск и Г.кате-рнибург).
Эксплуатируемый участок l-ii ниши метрополитена ь г Екатеринбурге. протяженностью около 10,0 км. имеет меридиональное направление и проходит иод улицей 8-е Марта от цирки до городскою пруда, долее - под прудом. стадионом «Динамо», посадочными пиит-формами железнодорожного вокзала, к проспекту Космонавтов у шоола «Пластмасс», далее под проспектом Космонавтов до район» нос Веер. В настоящее времп по трассе раз-мещены семь станций. Продолжается проход-ка перегонных тоннелей, строительство ирн-тониельных сооружений Схема Екатеринбургского метрополитена, действующий и стро-чШИПся участки представлены На рис I.
Геологическое строение
В структурном отношении исследуемый район располагается п пределах Свердловского еннклинория. переходящего ни запале в Верх-Исетскнй и на востоке - и Монетнинс-иьСидельннковскиП антиклинорий - тектонические структуры третьего порядка [3J
В геаюгичесмом сгроснин района принимают участие разнообразные, и значительной пенсии мешморфн-шилнные палешойскпс осадочно-вулканогениые образования, интрузивные породы и жильные образования, древняя (мезозойская) нора выветривания и четвертичные отложении
В разрезе комплекса осадочно-вулк: ио-Генных порол, относящихся к перхнеордоьик-еким и силурийским образованиям, выделяются следующие свиты (снизу вверх):
- иейиннская (верхнийордовик)-сложена амфиболитами с подчиненным распространением туфив. бисгпгг-амфиболовых гнсйсо-слаппев и зеленых сланцев мощностью -»00 700 м,
- нсвьянсквя (ллацдовсрийскнй ярус, ннж-ннй силур) - сложена преимущественно сланцами различного петрографического тстяяя мощность свиты ло 800 м;
- кнров1ралская (венлокскнй ярус, нижний силур) - о составе свиты резко преобладают пирокластические породы: туфы бззал1г говото и андезнбазальтокого составов с гро-
слоями тонкозернистых туффнтов; мощность свиты от 200 до 1100 м.
Среди интрузивных пород выделяются породы гыббро-перидотитовой формации -Уктусский массив дунигои. пироксеииит и Балтымскнй габбровый массив верхнеде-вонского возраста, а также граниты Всрх-Исетского и Шаргашского массивов верхие-палеозойското возраста
Грасса эксплуатируемого участка 1-й пинии метрополитена проходит и породах вул-каногенно-осодочного комплекса кнрошрид-ской и неоьянской свит нижнего силура Коренные породы представлены метаморфическими сланцами различного петрографического состава. Прорваны многочисленными жильными телами. Последние фиксируют мелкие нарушения и трещины разнообразных направлений. Большинство жил и ласк располагается параллельно или субпараллелм о простиранию вмещающих пород.
В верхней части разреза коренные породы представлены продуктами физического и химического выветривания пород - кора ми выветривания. покрытыми рыхлыми ОГЛОАСНИЯ-ми с высоким содержанием щебня и дресвы
С поверхности залегают маломощные четвертичные отложение, представленныеаллю-виальиыми. делювиальными суглинками, супесями, тинами, а также техногенными образованиями.
Гидрогеологические условия
Гидрогеологические условия рлйо «а определяются развитием грещинио-груи-овогр водоносного горизонта, приуроченного к ве|>-<ней I ре(11ииоп.тп1й зоне коренных пори! н их элювию.
Трещинные воды имеют, как правило, грунтовый (ненапорный) характер. Пгганис осуществляется за счет инфильтрации .тгмос-ферных осадков, утечек из подземных подо-несушнх коммуникаций, за счет поглощения поверхностною стоко и инфильтрации из раз-
'iH4iii.iv гтнижрынй р/*лм*фп ГдугЗнпа ЗВДСГП-ння уровня грунтовых под определяется высотным положением земной поверхности и изменяется 01 0,1 м на участках разгрузки эрозионных преюп ло 25.0 м - на наиболее возвышенных участках
Рис. 1 Cxtfun Екатеринбургскою метрополитена. ДсЛсупуюшиП ii строящийся участок
Основной особенностью гречишного ас хоносного горизонта является его весьма а«»коя неоднородность по водопроводнмо-¿тв как в плане, гак и по глубине: юээффииисн-rv фильтрации (К^) изменяются от сотых j лей единицы до 10-20 м в сутки. Водопро-ж. димосгь горизонта определяется ннгсно'в-•витью и глубиной развитии I рсшнноватостн годовмещающих пород.
Основными факторами, влияющими на решииоиатость горных пород, являются первичная и тектоническая грещиноватость. интенсивность выветривания, веществе«-кий состав, структура и генезис горных пород. Процессы выветривания на одних \часгках усиливают первичнуютрсшннона-гость с раскрытием трещин и повышением водопроницаемости, на других происходит шльматация трещин продуктами выветривания. Также на водопроводимость горизонта влияют структура и генезис пород. Наиболее водообнльные участки отмечаются на контактах более молодых интрузивных тел более древними вулканогенно-осадочи;.!-ми породами. Тектоническая трешинова-тость наибольшую интенсивность имеет в зонах рафывных нарушений, п шарнирных частях складок, в узлах пересечения разрывных нарушений, но дайкам кислых поре д. в краевых частях интрузивных массивов и более мелких тел
Эффективная мощность трсшнпно-груи-тового горизонта в районе редко превосходит 80 метро».
Анализ химического состава тренажных под
Вся система подземных сооружений метрополитена представляет собой единый водозабор, состоящий из отдельных водозаборных участков. Всего по действующему участку первой линии метрополитена дебит водоотбо-ра составляет приблизительно 21 пас. м'/еут. Откачиваемые при эксплуатации метрополитена подъемные воды сбрасываются без использования через городской ливневой коллектор в бассейны рек Исети и Пышмы.
В состав водозаборных сооружений па 1-м пусковом участке входят. - водозаборные скважины:
- постоянно действующие вертикальные дренажи;
- дренажная штольня на станции Уральской с лучевыми горизонтальными скважинами;
- водоотливные установки станций 1 перегонных тоннелей (ВОУ).
По химическому составу дренажные аоды пресные с минерализацией от 19Х,5 до 918,0 мг/дм', рН 01 7,0 до 8.3, сульфаты <»т 38.8 до 194,0 мг/ дм\ хлориды от 15р до 8IJ! мг/дм'.
Подземные воды водоносного горизонта дренируют в перегонные тоннели и сооружения метрополитена Наивысшие содержания компонентов химического состава соответствует водам предвесеннего подъема Исключение составляют волы на участках водозаборов. расположенных на станциях (стронтель-ство осушествлялось п открыттах котлованах) с обратной засыпкой пазух отсевом гранита с К{ = 3-5 м/сут, н на перегонных тоннелях мелкою заложения. На этих участках происходит скачкообразное изменение химического состава (как увеличение, так и снижение) в течение всего года
Следует отметить, что химический сс-стан подземных вод определяется воздействием техногенных факторов в основном за счет утечек из различных хозбытовых коммуникации Сумма минеральных солей по водозаборам изменяется от 198,5 до 918,» мг/дм и указывает на неравномерное загрязнение подземных вод различными стоками.
Срок наблюдения за химическим с оста вом дренажных вод составляет 10 лет. Поданным этих наблюдений построены гистограммы распределений химического состава дренажных вод. Выявлено, что млкрокомионен-ты. содержащиеся в дренажных водах, подчиняются нормальному закону распределения (рис.2,3). Гистограммы имеют яр»» выраженный максимум. Следовательно, данные элементы поступают с водпмн водоносного юри-зонта. испытывая минимальное влипни« от объектов метрополитен«
На основании сказанного можно сделать вывод о том. что подземные воды, поступающие в сооружения метрополитена, уже подвержены загрязнению со стороны городской застройки. Метрополитен оказывает минимальное влияние на химический состав.
исключение составляю! содержания нефтепродуктов
Проведенный корреляционный анализ на основе обработки I ООО проб позволил выявить макроэлементы, оказывающие большое влияние на формирование сухого остатка. Во внимание принимались коэффициенты корреляции свыше 0.5 (табл. I).
Водозаборы, в водах которых обнаружен высокий коэффициент корреляции ЯС^-иона. расположены преимущественно в районах с высокий промышленной нагрузкой (крупные предприятия различных отраслей). Высокая степень загрязненности промышленных территорий. занимающих огромные площади города, оказывает влияние на все компоненты
геологической среды Воды с высокими ко эффидеситами С1-нона соответствуют территориям жилой застройки. Это объясняется высокой степенью износа Инженерных сетей, их малой надежностью. Данные элементы при формировании сухого остатка играют ведущую роль (определяют состав воды)
При анализе обширного матер:-тала мониторинга о черте юрода наблюдается тенденция увеличения содержания в подземных водах хлоридов, сульфатов, общей жесткости и минерализации, а также возрастание агрессивности подземных вод
Рассчитаные коэффициенты вариации по каждому элементу для всех водозаборов отражены в гибл. 2.
Гстмши С*
«-6 а- р-.15 . i_4i-.fi р»,о | -Кит*)
Рис. 2 Гистограмма рае предел е-ння содержания Са в дренажных водах стлнпнн Уральской
1ГО «го
Гнстогрвии* М|) Р» М -ЬхоссМ Мате
Рис. 3. Гистограмма распределения содержания Ми в лрснажни х водах станиин Проспект Космонавтов
« I» Ц 14
X <• Стоууч йоичю
Tac'iiin.i I
Значения коэффициента корреляции содержания макрокомпонентов с сухим остатком в дренажных водах Екатеринбургского метрополитена
Водозабор Кооффкцяеит коррелмиш с сухим octotk<»i
SO. cl се
11р. Космонавтов. ВОУ-1 0,62 - -
ГГр Космонавтов, дренаж станция - 0.53 -
Уралмлш. ВОУ-1 0.53 0.62 0.59
Угшлмаш, ВОУ-2 • 0.75 -
Машиностроителей. ВОУ-2 - 0.52 -
ВОУ №26 0,54 И .54 -
ВОУ №27 0.53 -
ВОУ №28 0,59 т -
ВОУ №30 0.68 0,66
ВОУ №34 0.62 0.50 -
СктаМшаОД 16 - - 0,69
Табянпа2
Значения коэффициентов вариации "1Лементов в дренажных водах Екатеринбургского метрополитена <jV - НК)0)
Элемент Среднее, мг/дм' Коэффициент вариации. %
Взвешенные вещества 2,00-6.85 28.31-89.09
Сухой остаток 235.50-875,65 7.93-26.89
рН 7.25-7.90 10.05-26.11
Нефтепродукты 0.07-0.16 23.70-382.7Н
so4-'* 50.45-185.00 13.67-39,12
СГ 20.55-74.00 9.56-77.51
Fe 0.10-1.75 13.65-47.82
Са 31.25-124.85 10.07-40.53
Мп 8.10-14.35 I4.S0-63.24
Нефтепродукты в дренажных водах испытывают сильнейшее влияние со стороны объектов метрополитена, их содержания ураганно изменяются в течение всего года. Минимальное значение соответствует водам скважины Л» 116 (си Геологическая), которая находится на него-гором удалении »я неретнных тоннелей.
Высоки значения коэффициента вариации по Мп и водах станции Машиностроителей и ВОУ № 29. От водозаборы, расположенные в непосредственной близости друг от друга. свидетельствуют о локальном участке повышенных содержаний. На поверхности данная территория несет высокую промышленную нагрузку (непосредственная близость-ср-ригорни завода «Уралмаш» и других промышленных предприятий), Это свидетельствует об отчетливой взаимосвязи содержаний микрокомпонентов в подземных водах и загрязняющих веществ поверхности.
Лктиннтяпни процессов, снмэяипмх с работой иод о и о и и з нт ел ь и ы х систем метрополитена
Для безопасной эксплуатации Екатеринбургского метрополитена производится пост\>-янная откачка воды дренажными скважинами и водоотливными установками. Ежемесячно Производится отбор проб воды для ко1ггроля за химическим составом дренажных вод.
Станция Проспект Космонавтов эксплуатируется пеш зашитой дренажа, состоящего из 6 скважин, пущенных в эксплуатацию в 1992 году. Скважины работают с суммарным дебитом 332 м'/ч при динамическом уровне »юлы в скважинах от 19.0 до 28,0 м При вводе в эксплуатацию дренажной системы отмечены изменения гидрогеологических условий: значительное снижение уровней подземных
пол. увеличение I радиеитоо Малера и скоростей потока
Регулярные наблюдении за химическим Составом дренажных вол начались с 1999 г. Средние значения взвешенных веществ за период наблюдении изменялись от 1.4 до 2.9 мг/ дм' и не имеют тенденции к снижению.
При изысканиях, проведенных трестом «УралТИСИЗ» пп трассе 1-й линии метрополитена. отмечено:
1 С поверхности залетают тинистые грунты, мощностью до 8.0 м, характеризующиеся неоднородным составом.
2 Под глинистыми грунтами залегают скальные грунты, представленные вулкано1ен-ными породами основного состава различной степени выветрелости.
Процессы выветривания неоднозначно повлияли на фпльтратшонные свойстве скальных грунтов - в одних случаях они привели к увеличению (рсшиноватостн и повышению водопроницаемости массива, в других -». колкмдтации трещин и снижению фильтрационных параметров
По результатам анализа состава гренажных вод на участке станции Проспект Космонавтов и по результатам расчетов выявлено, что ежегодный вынос взвешенных веществ составляет приблизительно 14.07 м* (при средней плотности 2.1 г/см1). Таким оброом, за время эксплуатации суммарный объем составляет ориентировочно 196,98 м\
Причинами выноса дренажными водами взвешенных частицмогутбьпъ суффознонные явления. Основной действующей силон, которая может вызвать развитие суффозии, является высокая скорость движения фильтрационного потока при высоких значения* градиента напора [ I ]. В процессе суффозии происходит вынос мелких частиц элювия г »алол-нителя трещин.
Вынос мелких частиц может явиться причиной различных видов деформаций поверхности земли и вызвать неравномерные осадки существующих наземных н подзем».ыхзданий и сооружений Гакже суффозия может возникнуть и развиться в основании стаппии. что может вызвать значительные и нгравно-мерные осадки, нарушение устойчивости, деформации и разрушения,
Выводы и рскоменлмнни
После ввода в эксплуатацию 1-й линии метрополитена в г. Екатеринбурге отмечены следующие изменения гидрогеологических условий: нарушение уроаенного режима, увеличение скоростей и градиентов потока, изменение химического состава подземных вод. Данные изменения обусловливают дополнительные исследования:
-Оценка изменении уровеннотп режима позволит сделать прогноз осушении территории и отдельных водозаборов.
- Оценка и прогноз выноса взвешенных веществ дренажными волами для прогноза возможных деформаций зданий и сооружений
- Оценка и прогноз изменения химического состава подземных вод в целом и на от-пельных водозаборах, для контроля качества откачиваемой коды.
- В настоящее время весь объем откачиваемых вод сбрасываетсч без использования После дополнительных нсследоват нй и разработки соответствующих программ возможно привлечение элтх вод для промышленного во доснабжс и и я н ред н р и ят и й
- В последнее время все более активно рассматриваются вопросы освоен им подземного пространства. Ведется разработка программ возведения заглубленных зданий и сооружений. строительства подземные гаражей, коллекторов и подземных транспортных тоннелей. Все зто приведет к изменению геологической среды. На примере Екатеринбургского мегропол1ТТсна возможно провести всестороннее изучение изменения и активизации инженерно-геологических процессов при проведении строительства, свизанногос освоением подземного пространства
Решение этих задач позволит снизить влияние неблагоприятных факторов, которые могут нанести вред юпмфортному проживанию населения и развитию инфраструктуры городи
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. ,7иитидзе В Д Ип*еисрнл1 геолон«« Инженерная петрология. Л.: Недра. 1983 510 с
2. Лнхов С. В. Проблемы строительства метрополитена в Екатеринбурге// Метре и тоннели. 200-1. .4; 3.
3. Яровой Ю. И Прогноз деформаций земной поверхности и таипгта городской застроНкн при строительстве метрополитенов I а Урале. Екатеринбург. 1999. 257 с.
