CC BY
56
1. BMBF-Vorhaben "Diversitare und redundante Dichtelemente fbr langzeitstabile Verschlussbauwerke" TU Bergakademie Freiberg, Institut fbr Bergbau und Spezialtiefbau, Prof. Dr.-Ing. W. Kudla, 2004
2. Wittke: Permeabilitat von Steinsalz -
Theorie und Experiment. - Verlag Glbckauf
GmbH, Essen 1999.
3. Salzer, K., Zwischenbericht von IFG Leipzig zum BMBF-F/E-Vorhaben "Entwicklung eines Grundkonzeptes fur langzeitstabile Streckendamme im leichtloslichen Salzgestein (Carnallitit) fur UTD/UTV' vom 15.06.2006
4. Wasowietz, B. Untersuchungen zum Einsatz von Magnesia-Beton im Kontakt mit Kalisalzgestein. Interner Bericht TU
Bergakademie Freiberg, Institut fbr Bergbau, 2005, unveruffentlicht.
5. Gruner, M. Untersuchungen zum
Einsatz von MgO-zementsuspensionen zur
abdichtung Carnallitit. Interner Bericht, TU Bergakademie Freiberg, Institut fbr Bergbau, 2005, unveruffentlicht.
6. Kaledin, O.: Polymer injektions for
hermetic sealing of dams for disposals of toxic
wastes in salt formations. Freiberger Forsch-ungshefte, C512, 2007, TU Bergakademie Freiberg, 2007 s. 113-117.
7. Ломидзе Г.И.: Фильтраиия в трещиноватых породах, Госэнергоиздат, 1961.. n:rj=i
— Коротко об авторах---------------------------------------------------------------
Шилин А.А. - профессор, доктор технических наук,
Каледин О.С. - аспирант,
Московский государственный горный университет.
Доклад рекомендован к опубликованию семинаром № 18 симпозиума «Неделя горняка-2007». Рецензент д-р техн. наук, проф. Б.А. Картозия.
---------------------------------- © А. Мишсдчснко, И. Ермаков,
2007
УДК 69.035.4
А. Мишедченко, И. Ермаков
ОЦЕНКА ГЕОЛОГИЧЕСКИХ РИСКОВ СТРОИТЕЛЬСТВА ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ ПРИ ТОЧЕЧНОЙ ЗАСТРОЙКЕ ОБЪЕКТОВ ЗАПАДНОГО АДМИНИСТРАТИВНОГО ОКРУГА В Г.МОСКВЕ
Семинар № 18
В геологическом разрезе территории города Москвы распространены отложения кайнозоя, мезозоя и палеозоя:
Литология стратиграфических подразделений: мезозойской - пески, супеси, суглинки и глины (коэффициент
крепости преимущественно 0,3-0,6, то есть совершенно неустойчивые грунты; глины оксфорда и баткелловея крепостью 1-2, то есть слабой устойчивости; палеозой - известняки (самые разнообразные, плотные глины, мергели, доломиты (коэффициент
крепости от 0,6 до 9,0 - в целом эти группы средней устойчивости и устойчивые).
Москва расположена на характерной тектонической структуре -Московской синеклизе, образованной впадиной Московской платформы, которая простирается от гранитового шита в районе г. Курск до гранитового шита района Выборга .
Тектоника города определяется не только синклиналями и антиклиналями платформ, но и различного рода разнообразными нарушениями земной поверхности: разрывными нарушениями в виде сбросов, взбросов, надвигов, грабенов, горстов, флексур и т.д.
К сожалению, нет опубликованных данных о тектонике речной долины реки Москвы, её характерных сбросов у Воробьевых гор и в Коломенском, речных долин рек Десны и Пахры. Все они являются глубинными разломами нашей платформы, в которых во многих местах наблюдается
аномальное магнитное поле, измеряемые физическими методами при помоши аэрофотосъемки и космической съемки. Речные долины указанных рек обводнены не только водой поверхностных стоков, но и водопри-током всех нижележаших водоносных горизонтов, объединенным тектоническим разломом.
Тектонические разломы в районе Москвы имеют преимушественно суб-широтное направление, но сушествуют еше и другие тектонические разломы, такие как русло реки Неглинной от Кремля до Рижского вокзала, как речка Яуза, речка Сетунь, речка Раменка, речка Филка и Очаковка.
В Москве есть более десятка полностью засыпанных ручьев, которые располагались в районах местных оврагов. На сегодняшний день они засыпаны и по ним проложены улицы. Это и Столешниковский и Глинишев-ский переулок на Б. Дмитровке, это и спрятанный в коллектор Сивцев вра-
Рис. 1. Схематизированный разрез верхней части земной коры территории Москвы. Индексами обозначены: АК-РК - архейско-нижнепротерозойский комплекс пород кристаллического фундамента; РК2 - верхний проторозой; С - палеозой; Л и К - юрские и меловые отложения мезозой; О - комплекс четвертичных отложений
жек, и речка Черторья (омывает храм Христа Спасителя), это и река Вавилон (спрятана в коллектор), да и много других ручьев.
Исследуемая в данной статье территория Западного Административного округа приурочена к южной части Московской синеклизы, которая является крупнейшей отрицательной структурой Восточно-Европейской платформы. Кристаллический фундамент платформы, сложенный архейско-нижнепротерозойскими комплексами, разбит глубинными разломами на ряд субширотных блоков, наиболее крупными из которых являются Истринско-Кольчугинский выступ (с Красногоским горстом в осевой части) и Подмосковный авлакогенный прогиб. Последний представляет собой резкое погружение протерозойского фундамента к югу до глубины более 2600 м ниже уровня моря.
В северной своей части Подмосковный авлакоген представлен Тепло-станским грабеном, являюшимся наиболее погруженной структурой фундамента, расположенной на юге Москвы. Грабен ограничен крупными широтныи разломами: Раменским на юге и Павлово-Посадским на севере, где он рассекает кристаллический фундамент в направлении от Боровского шоссе на восток до пересечения Волгоградского проспекта с МКАД. В этом же направлении отмечается убывание амплитуды вертикального смешения по данному разлому от 1000 до 300 м. К северу от Павлово-Посадского разлома, составляя его поднятое крыло, залегает Южная ступень Истринско-Кольчу-гинского выступа.
Относительно погруженные и более приподнятые блоки кристаллического фундамента, вследствие развития глубинных разломов разного порядка, характеризуются.
В геологическом строении до глубины 35 м принимают участие насыпные грунты ^4), средне-верхнечетвертичные покровные (р^2-з), среднечетвертичные флювиогляци-альные ДР2М5ДР2°-0) и моренные (зР2°) отложения, подстилающиеся породами нижнего отдела меловой системы (К1).
Насыпные грунты ^4), сформировавшиеся при планировке территории, расположены повсеместно. По составу это суглинки с включениями крошки и шебня, кирпича и бетона, осколков стекла, древесного угля и остатков полусгнившей древесины, слежавшиеся. Мошность насыпи изменяется от 0,2 до 0,3 м.
Под насыпными грунтами залегают покровные образования (ргР2-3), представленные суглинками и глинами серовато-коричневого цвета, пылеватыми, слабомакропористыми, пятнами оподзоленными, туго пластичными и полутвердыми. Мошность покровных отложений составляет 0,8-3,3 м.
Покровные глины на глубине 3,04,4 м, на абсолютных отметках 185,12-187,16 м подстилаются флю-виогляциальными суглинками московского времени ДР2М5). Суглинки коричневые, темно-коричневые, пылеватые с прослоями песка, тугопластичные. Флювиогляциал имеет ограниченное распространение по пло-шади, залегает в виде линз и вскрыт скважинами.
Под флювиогляциальными отложениями, а в местах их отсутствия непосредственно под покровными образованиями и насыпными грунтами на глубине 1,4-6 м залегают отложения морены днепровского оледенения (зР2°), представленными суглинками и глинами. Все разности песчанистые, красновато-коричневые, местами серовато-коричневые, содержат гравий и гальку, гнезда и прослои песка. Суг-
линки от мягкопластичных до полутвердых и твердых, глины - полутвердые и твердые. В глинисто-суглинистой толше встречаются отдельные линзы пластичных супесей мошностью до 1,3 м. Обшая мошность морены составляет 8,8-14,9 м.
На глубине 12.4-16,4 м на абсолютных отметках 172,88-177,79 м днепровская морена подстилается флювиогляциальными отложениями окско-днепровского межледниковья (^2°-°). Они не выдержаны по пло-шади, неоднородны по составу и образуют толшу, сложенную песками. Супесями и суглинками. Пески зеленовато-серые и зеленовато-коричневые, пылеватые, слюдистые, средней плотности и плотные, влажные и водонасышенные, с прослоями суглинка. Супеси песчанистые, пластичные, с редким гравием и галькой, с прослоями суглинка. Суглинки зеленовато-серые, коричневые, песчанистые, прослоями ожелезненые, тугопластичные и полутвердые. Флювиог-ляциальные отложения залегают в виде отдельных линз мошностью до 2.0 м.
Комплекс четвертичных отложений на глубине 14,0-18,6 м, на абсолютных отметках 170.70-177,31 м подстилается породами нижнего мела (К1), которые представлены песками, супесями, глинами. Пески зеленоватосерые, коричневые пылеватые, мелкие и средней крупности, глинистые, с прослоями и линзами супесей, суглинков и глин, влажные и водонасышенные. Все разности плотного сложения, встречаются линзы песков средней крупности, средней плотности. Супеси светло-коричневые, коричнево-серые, пылеватые и песчанистые, текучие. С маломошными прослоями и линзами водонасышенных пылеватых песков, суглинков и глин. Мошность супесей составляет 3.810,5 м. В песчано-супесчаной толше
встречаются тугопластичные глины темно-коричневого и темно-сиреневого цвета с прослоями пылеватого песка. Вскрытая мошность отложений верхнего мела достигает 16,4 м.
Подземные воды на данном участке представлены надъюрским водоносным горизонтом, залегаюшим на глубине 16.5-18,9 м. На абсолютных отметках 170,93 -172,80 м. Воды приурочены к подморенным флюви-огляциальным и нижнемеловым пескам и супесям. Горизонт безнапорный. ПО результатам сокрашенного химического анализа воды пресные гидрокарбонатно-сульфатные кальциево-натриевые, неагрессивные к бетону нормальной проницаемости, но являются слабоагрессивными по хлору к арматуре железобетонных конструкций при периодическом смачивании. Верховодка в процессе изысканий не встречена, однако в отдельные периоды года возможно формирование верховодки в толше насыпных грунтов и в верхней части покровных образований. Питание верховодки будет осуществляться за счет инфильтрации атмосферных осадкой и утечек из водоне-суших коммуникаций.
Оценка геологических рисков строительства
Согласно СНиП 110-2-96, для разработки всех видов градостроительной документации, необходимо выполнять оценку геологического риска на основе материалов инженерных изысканий. При оценке геологического риска следует учитывать все возможные случаи активизации сушествуюших и возникновения новых геологических опасностей под воздействием природных и техногенных факторов, а также их негативные последствия в пределах оцениваемых объектов. Геологический риск экономических и социальных потерь при освоении и использовании террито-
рии г. Москвы, при строительстве и эксплуатации в ее пределах зданий, сооружений и их систем различного назначения связан преимущественно с развитием карстовых, курстово-суф-фозионных и суффозионных процессов, оползнеобразованием овражной и речной эрозией, подтоплением территорий. Значительные потери могут возникать в результате отрицательных и положительных деформаций земной поверхности, зданий и сооружений, обусловленных уплотнением, разжижением, разупрочнением, набуханием, морозным пучением и усадкой грунтов, имеющих специфический состав и свойства (СП 11-105-97, части III и IV).
Основной особенностью проявления геологических опасностей и соответствующих геологических рисков на территории г. Москвы является их обусловленность не только естественными природными, но и техногенными факторами: статическими и динамическими воздействиями от предприятий, зданий и сооружений, транспорта и различных механизмов, созданием наземных и подземных выработок, утечками из водонесущих коммуникаций, откачками подземных вод, изменениями тепловых. Электромагнитных и других физических полей. Такое воздействие приводит к существенному увеличению интенсивности, повторяемости (частоты) и скорости развития геологических опасностей по сравнению с ненарушенными природными условиями, а также к поражению отдельных территорий, в пределах которых их развитие ранее (до технического вмешательства) было практически невозможно.
Вторая характерная особенность проявления геологических опасностей состоит в пространственной приуроченности отдельных генетических типов геологических опасностей и рисков к территориям, сложенным определенными комплексами пород, к опреде-
ленным современным и древним элементам рельефа (склон, терраса, погребенная долина и т.п.), а также к определенным объектам хозяйства.
Для большей части территории Москвы, в геологическом строении которой имеются закарстованные массивы карбонатных пород каменноугольного возраста, характерна карстовая опасность и обуславливаемый этой опасностью карстовый риск. Карстовая опасность обычно проявляется в виде быстрых локальных оседаний и провалов земной поверхности диаметром от 2 до 40 м и глубиной от 1-2 до 5-8 м, вызванных гравитационным обрушением кровли подземных карстовых полостей.
Суффозионная опасность и суф-фозионный риск проявляются практически на всей территории Москвы в пределах участков, сложенных в приповерхностной части водонасышен-ными четвертичными флювиогляци-альными. Аллювиальными и техногенными дисперсными отложениями песчаного состава, в виде провалов и оседаний земной поверхности, подобных карстовым деформациям, но имеюшим обычно меньшую плошадь и глубину. Такие опасности и риск могут возникать при проходке и эксплуатации подземных выработок, вскрываюших толши и прослои песчаных пород четвертичного, мелового и юрского возраста. Образование суффозионных деформаций возможно при одновременной реализации следуюших трех необходимых условий: присутствия в геологическом
разрезе разнозернистых песчаных водопроницаемых пород; гидродинамического воздействия подземных или техногенных вод, движушихся со скоростью, достаточной для размыва и выноса этих пород; наличия свободного пространства, в которое может выноситься разрушенный материал.
296
Геологи- Наименование грунтов №№ Плот- Коэф- Показа- Модуль Угол внутренне- Уделбное сце-
ческим ИГЭ ность фици- тель деформации го трения пление.кПа
индекс грунта . г/см3 ент пористо-сти текуче- сти. Е Мпа фн фіі фі Се С11 Сі
104 Насыпной грунт 1 1.65 Расчетное сопротивление Я0=100 кПА
рг02-3 Суглинок тугопластичный 2 1,92 0,75 - 15 16 15 14 18 14 12
Глина тугопластичная 3 1,95 0,73 0,32 16 17 12 9 46 41 30
Глина полутвердая 4 2,02 0.65 0,15 20 16 11 8 50 44 35
Суглинок тугопластичный 5 2,04 0.54 0.33 17 16 14 11 36 27 22
д0г° Супесь пластичная 6 1,95 0,66 0.25 16 24 21 19 13 11 9
Суглинок мягкопластичный 7 2.02 0.57 0.52 15 15 14 11 30 26 20
Суглинок тугопластичный 8 2,06 0,52 0,34 23 18 15 12 49 34 24
Суглинок полутвердый и твердый 9 2,13 0,44 0,11 29 21 20 19 62 50 41
Глина полутвердая и твердая 10 2,09 0.51 0.05 25 18 16 15 66 58 44
Песок пылеватый средней плотности 11 1,78 0,72 - 14 27 24 23 3 2 1
Песок пылеватый плотный 12 1,92 0,55 - 28 34 31 29 6 4 3
Супесь пластичная 13 1,93 0,65 - 18 20 18 17 13 11 9
Суглинок тугопластичный 14 2,02 0.54 0,41 21 22 18 16 43 32 28
Суглинок полутвердый 15 2.08 0,52 0,15 24 24 20 18 57 42 38
Кі Песок пылеватый плотный 16 1.93 0.53 - 30 36 34 33 8 6 5
Песок мелкий плотный 17 1.95 0,5 - 38 37 36 35 5 3 2
Песок средней крупности, средней плотности 18 1,84 0,63 - 32 35 32 31 1 0 0
Песок средней крупности, плотный 19 1,98 0,48 - 40 39 38 37 3 2 1
Супесь текучая 20 1,9 0.65 >1,0 15 20 18 17 10 9 6
Глина тугопластичная 21 1,85 0,87 0,30 22 16 14 13 53 46 35
Оползневой опасности и риску подвержены примерно 25 % береговых склонов рек Москвы и Сходни в пределах 13 оползневых участков, имеющих высоту от 15 до 70 м и крутизну 9-17 градусов, в нижних и средних частях которых залегает мощная толща юрских глин. При этом возможна активизация существующих и образование новых глубоких боковых оползней выдавливания и сдвига мощностью до 100 м.
Эрозионная опасность и риск от оврагообразования характерны для многих участков склонов долины реки Москва и ее притоков с нарушенным дерново-растительным покровом, сложенных преимущественно четвертичными дисперсными размываемыми грунтами разного генезиса.
Опасность и риск от морозного пучения, приводящего к подъему земной поверхности, выдавливанию обломочного материала, свай, столбов, фундаментов и деформациям легких зданий и сооружений проявляются на локальных участках реки Москвы, сложенных в основном четвертичными озерными органоминеральными и органическими водонасыщенными породами, увеличивающими свой объем при промерзании в зиме время. Оттаивание таких грунтов сопровождается усадочными деформациями, которые иногда не полностью компенсируются деформациями сезонного (зимнего) пучения. Подобные деформации земной поверхности, зданий и сооружений, величиной более 50 мм, которые считаются недопустимыми в соответствии со СНиП 2.02.01-83*, могут проявляться при искусственном замораживании водонасыщенных глинистых грунтов разного возраста и генезиса, а также при их набухании.
Оценку геологических рисков и опасностей проектируемых сооруже-
ний возможно произвести по результатам оценки актуальной экономической зависимости аналогичных или подобных по типу конструкций после аналогичных по интенсивности разрушающих воздействий или по результатам возможных деформаций оцениваемых объектов, превышающих предельно допустимые значения, установленные в документации на строительство по общей формуле Дифференцированный экономический риск потерь от геологических опасностей оценивают в виде полного и удельного значений риска по следующим формулам:
Я (Я) = Р* (Я)• Р5 (Я)• К (Я)• Бе я (Я ) = Я-----
se \ /
О0
где Яе (Я ) иЯе (Я ) - соответственно
полный (руб/год) и удельный (руб/м2 х год) риск потерь от опасности Н определенного генезиса и интенсивности; Р * (Я ) - повторяемость опасности Н в пределах определенной по площади территории, численно равная ее статистической вероятности
£
(случаев/год); Р5 (Я)= —- - геометрическая вероятность поражения оцениваемого объекта опасностью Н в пространстве; £0 - площадь объекта (м2); £ - площадь, в пределах которой может проявиться опасность Н (м2); ¥е (Я) - экономическая уязвимость оцениваемого объекта для опасности Н; Бе - стоимость объекта до его поражения (руб).
Аварийные ситуации последнего времени
В августе 2005 гола на Садаво-Кудринской улице провалилось до-
рожное полотно. Глубина провала составила около двух метров, площадь около 10 м2.
15 марта 2006 года возле дома №24 по Кировоградской улице произошел обвал грунта глубиной до одного метра. А днем позже провал случился на Яузской улице. Он образовался в результате размытия сточными водами разрушенного водостока.
10 сентября 2006 года на дублере Ленинградского проспекта между станциями метро «Динамо» и «Аэропорт» из-за недочетов при строительных работах возводящегося неподалеку здания образовался провал глубиной
до восьми метров, в который рухнул «КамАЗ» и строительный компрессор.
В конце сентября 2006 года на северо-востоке столицы вода размыла грунт под проезжей частью возле дома №4 по улице Академика Королева. Там образовался провал площадью 5 кв. метров. В возникшую яму провалился припаркованный на обочине джип.
25 февраля 2007 года очередной провал дороги произошел на зша£ю Москвы. Просел грунт на участке Минской улицы, между площадью Р. Ролана и Кутузовским проспектом. Площадь провала составила 120 м2. ігш
— Коротко об авторах---------------------------------------------------------------
Мишедченко А. - студент,
Ермаков И. - студент,
Московский государственный горный университет.
Доклад рекомендован к опубликованию семинаром № 18 симпозиума «Неделя горняка-2007». Рецензент д-р техн. наук, проф. Б.А. Картозия.
