CC BY
57
СТРОИТЕЛЬСТВО ТРАНСПОРТНЫХ ТОННЕЛЕЙ В СЛОЖНЫХ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ, ХАРАКТЕРНЫХ ДЛЯ ОЛИМПИЙСКОЙ ТРАССЫ «АДЛЕР - ГОРНОКЛИМАТИЧЕСКИЙ КУРОРТ «АЛЬИИКА-СЕРВИС»
© Штыров В.Г.*
Научно-исследовательский и проектно-изыскательский институт «Ленметрогипротранс», г. Санкт-Петербург
В статье рассматривается оценка инженерно-геологических условий территории трассы Адлер - горноклиматический курорт «Альпика-Сервис», для обоснования проектных решений при сооружении тонне -лей, размещения сооружений в плане и по глубине, назначения типов временного крепления и постоянной обделки. Возможность прогноза развития и интенсивности опасных геологических процессов и их влияния на условия строительства и эксплуатацию подземных сооружений.
Черноморское побережье России, являясь одним из крупнейших курортных районов страны, испытывает большую техногенную нагрузку. Здесь сосредоточены автомагистрали, морские порты, железнодорожные узлы и другие объекты.
Учитывая, сложность строения территория и ее приуроченность к активно растущему поднятию Кавказа предопределило большое разнообразие геологических процессов, которые могут негативно сказаться на обеспечение безопасности функционирования различных инженерных сооружений. Среди геологических процессов в первую очередь необходимо отметить геодинамическую активность и сейсмичность, с которой прямо или косвенно связано большинство остальных процессов. Поэтому для повышения безопасности и эффективности строительных работ, изучение инженерно-геологических условий территории Черноморского побережья, отвечающие современным требованиям инженерной геологии, является на настоящее время актуальной задачей.
Знание неоднородности и изменчивости инженерно-геологических условий - это научная основа для решения прикладных задач при проектировании, строительстве и безопасной эксплуатации транспортных сооружений. Поскольку именно инженерно-геологические условия определяют сложность строительства инженерных сооружений в транспортном строительстве, и недостаточно полное изучение и учет инженерно-геологических и гидрогеологических условий района строительства может привести к негатив ным последствиям.
* Главный специалист отдела Инженерной геологии.
В последние годы на Черноморском побережье России, и в частности в городе Сочи, осуществляется широкая программа транспортного строительства, связанная с развитием сети автомобильных и железных дорог. Большое внимание уделяется также проблеме совершенствования городского транспорта и коммунального хозяйства. Во всех этих областях транспортного и городского строительства важное место занимает сооружение подземных объектов: транспортных, пешеходных и коллекторных тоннелей.
Как искусственные подземные сооружения, тоннели относятся к категории уникальных сооружений. Это технически сложный и дорогостоящий элемент строительной отрасли экономики страны. Одной из основных задач строительной отрасли России в настоящее время является выполнение Федеральной целевой Программы строительства Олимпийских объектов в г. Сочи. Самым значимым объектом этой программы, на сегодняшний день является, несомненно, совмещенная автомобильная и железная дорога Адлер-горноклиматический курорт «Альпика-Сервис». В составе этого объекта строительство искусственных сооружений -тоннелей, которые будут обеспечивать транспортное сообщение с Олимпийскими объектами. В этой связи в современных условиях придается исключительно большое значение использованию в подземном строительстве наиболее совершенных, научно обоснованных и экономичных технических решений в сфере конструкций, технологий производства работ, комплексной механизации и автоматизации строительства.
При строительстве транспортных тоннелей применяется, как правило, горный способ работ, методом нижнего уступа, с разработкой f < 6) проходческими комбайнами, в более крепких породах предусматриваются буровзрывные работы, с дальнейшей доработкой комбайнами до проектного контура выработки. Также применяются высокопроизводительные тоннеле-проходческие комплексы (щитовой метод). В последние два десятилетия технология проходки тоннелей механизированными щитами сильно продвинулась вперед, данный способ проходки тоннелей в сравнении с буровзрывным предпочтительнее по многим показателям, но экономически проигрывает при малых скоростях проходки.
При строительстве тоннелей для дорог Олимпийского Сочи применяются практически все известные в мире способы строительства, в том числе специализированные методы закрепления грунта, например химические, с закреплением грунтов по технологии Jet-grouting, или с использованием свай, которые изготавливаются прямо в грунте. Для разработки грунта в тоннелях щитовым способом применяют несколько типов машин известных зарубежных фирм «Lovat» и «Herrenknecht», диаметром от 3,9 м до 13,2 м.
По трассе планируется строительство шести тоннельных комплексов общей протяженностью подземных выработок около 32,5 км, включающих: - 6 железнодорожных тоннелей протяженностью 11096 м;
- 3 автодорожных тоннелей протяженностью 6867 м;
- 3 сервисно-эвакуационные штольни протяженностью 11056 м; и другие вспомогательные выработки для обслуживания тоннелей протяженностью около 3500 м.
Согласно графика, утвержденного комиссией Международного олим-пийского комитета (МОК) строительству, на весь проект отводиться пять лет. Трасса Адлер - «Альпика-Сервис» должна быть сдана не позднее второго квартала 2013 г.
Территория строительства тоннелей, находится в сложных и очень сложных геологических условиях, характеризующихся высокой тектонодинамической активностью и связанными с ней сейсмичностью и экзогенными проявлениями [1]. Кроме того, проходка многих участков осложнена наличием горных пород со сложными условиями залегания и обладающих различными физико-механическими свойствами, обилием разрывных нарушений, зон повышенной трещиноватости и дробления пород, неблагоприятной геоморфологической ситуацией и проявлением опасных геологических процессов. В процессе возведения подземного сооружения нарушается естественное равновесие массива горных пород, что может приводить к деформациям и подвижкам. Поэтому, одной из наиболее важных задач последующего геомеханического обеспечения является контроль и управление деформационными процессами, протекающими в массиве горных пород и на его поверхности.
На рассматриваемой территории распространены осадочные, метамор-физованные и магматические образования, слагающие три структурных этажа: верхнепалеозойско-триасовый, нижнее-среднеюрский (киммерийский) и мезозойско-кайнозойский (альпийский).
Первый из них сложен карбонатно-терригенными, терригенными гру-бообломочными породами. Нижне-среднеюрский представлен терригенными и вулканогенными образованиями. Мезозойско-кайнозойский структурный этаж представлен терригенно-карбонатными отложениями [5].
Здесь следует указать на весьма недостаточную изученность, которая была на начальных этапах работ, как геологических, так и инженерно-геологических условий территории прохождения трассы, где до последних лет никаких детальных площадных, а тем более комплексных исследований не проводилось.
Поэтому на начало работ в геологическом строении территории, инженерно-геологические условия, были слабо изученной областью, и не охватывали весь возможный круг инженерных задач, при решении которых требуется прямая оценка инженерно-геологических параметров, характеризующие массив горных пород.
Целью исследований явилась оценка инженерно-геологических условий для обоснования проектных решений при сооружении тоннелей гор-
ным способом, и с использованием высокопроизводительных тоннелепро-ходческих комплексов - щитовой метод, размещения сооружений в плане и по глубине, назначения типов временного крепления и постоянной обделки, а также возможности прогноза развития и интенсивности опасных геологических процессов, и их влияния на условия строительства и эксплуатацию сооружений.
На первом этапе изысканий изучалось геологическое строение, инженерно-геологические и гидрогеологические условия района, области возможного распространения опасных геологических процессов. Оценивалось состояние массива (в том числе и геодинамическое), то есть выявлялась тектоническая нарушенность горных пород, активность и направленность тектонических движений, дизъюнктивная нарушенность тектонических зон [4].
Полученные данные дополнялись и уточнялись комплексом геофизических исследований, которые проводились непосредственно по трассам проектируемых тоннелей, включая припортальные участки. Исследования включали сейсморазведку, сейсмоакустику, электроразведку, сверхширокополосное георадиозондирование, атмогеохимическую съемку. Работы проводились для расчленения геологического разреза по физическим параметрам, картирования тектонических нарушений и зон повышенной тре-щиноватости, оценки обводненности пород, выявления зон ослабления и поверхностей скольжения на оползневых участках, оценки геодинамической активности оползней, а также для разработки карты сейсмического микрорайонирования на полосу трассы на всем ее протяжении.
Для уточнения положения зон разрывных нарушений, характеристики их открытости и активности выполнялись атмогеохимические исследования. В исследования входили измерения эманаций радона и концентрации углеродосодержащих газов, водорода в почвенном воздухе, торона, водорода и метана [6], а также проводились структурно-тектонические наблюдения, и изучалась трещиновато сть на эталонных площадок.
Результатом съемки явились структурно-тектонические карты, с выделением обводненных зон повышенной трещиноватости, с характеристикой неотектонических проявлений вдоль разломных зон и контроля их рельефом, выявлены разрывные нарушения и участки возможного распространения опасных геологических процессов.
По данным карстово-спелеологических изысканий была дана подробная характеристика карстопроявлений по району работ, составлены карты участков поверхностного и подземного карста в полосе трассы, показаны места расположения пещер, поноров, трещин и полостей.
Обобщая результаты проведенных буровых работ, геологической и инженерно-геологической съемок, структурно-тектонических и гидролого-гидрогеологических исследований различного масштаба на стадии «Проект», была произведена оценка, и было получено представление об
инженерно-геологических условиях массива пород, вмещающих подземное сооружение и являющегося основанием для размещения строительных площадок. Были приняты проектные решения по условиям проходки тоннелей традиционным горным способом, и с применением высокопроизводительных тоннелепроходческих комплексов. В проектах были отображены способы проходки сложных по инженерно-геологическим условиям участков, разработаны гидроизоляция, противокарстовая и противооползневая защита сооружений и дренажные системы.
Кроме того, были выделены зоны, мощностью от 10,0 до 150,0 м., где отмечалась различная по величине перемежаемость участков дробленых и участков разной степени трещиноватости пород. Дробленность пород часто до состояния песка и песчано-глинистого материала. Эти зоны имеют сложный характер по литологическому и вещественному составу, а, следовательно, и по физико-механическим свойствам, слагающих ее образований.
Для безаварийной работы тоннелепроходческого комплекса, исходя из имеющихся представлениях о геологическом строении тектонических зон, на стадии рабочей документации, последовала необходимость дополнения и уточнения инженерно-геологических условий выделенных зон. Проблема надежной оценки устойчивости грунтов в массиве остается чрезвычайно актуальной в целом, а для строительства тоннелей щитовым методом, стоит особенно остро. И поэтому, для обеспечения устойчивости, безопасной проходки и дальнейшей эксплуатации тоннелей важно было вовремя, до появления тектонические нарушенных пород выявить месторасположение и оценить характер, величину и опасность готовящихся нарушений целостности массива пород в выработках. Прогноз инженерно-геологических и гидрогеологических условий впереди забоев тоннелей осуществляется с помощью электромагнитного импульсного сверхширокополосного (ЭМИ СШП) зондирования. Метод ЭМИ СШП зондирования является разновидностью георадиолокационного метода, основан на восстановлении изображения структуры в разрезах горного массива по отраженному сигналу, при распространении электромагнитного импульса наносекундной длительности. Метод ЭМИ СШП зондирования позволяет дифференцировать технологические структуры до глубины исследования 100 м и более.
Оценку устойчивости призабойного участка тоннеля осуществляют с помощью регистрации естественных импульсов электромагнитного поля Земли (ЕИЭМПЗ). По параметрам электромагнитной эмиссии определяют степень устойчивости выработки. Кроме этого с помощью метода регистрации ЕИЭМПЗ определяют зоны нарушенных грунтов впереди забоя на расстоянии одного диаметра выработки.
С помощью сейсмопрофилирования определяли скорости прохождения продольных и поперечных волн, зная их, определяют деформационные и прочностные свойства литологических разностей.
Таким образом, по результатам изыскательских работ и на основании обработки всей имеющейся геологической информации, были даны инженерно-геологические условия строительства тоннелей. В настоящее время, суммируя полученные результаты, можно сделать следующие выводы: материалы и объемы выполненных геологосъемочных, горнопроходческих и геофизических работ, позволяют принять принципиальные проектные решения, которые значительно снизят риски строительства тоннелей в сложных горно-геологических условиях.
Список литературы:
1. Ананьин И.В. Сейсмичность Северного Кавказа. - М.: Наука, 1997.
2. Дьяконов А.И., Корнеев В.И. Тектоническая карта Краснодарского края масштаба 1:200000. - ГФ СК ПГО, 1973.
3. Лизогубова Р.Н. Оценка современных гидрогеологических, инженерно-геологических и геоэкологических условий района федерального курорта «Красная поляна». - 2005.
4. Несмеянов С.А. Неоструктурное районирование Северо-Западного Кавказа. - М.: Недра, 1992.
5. Островский А.Б. и др. Отчет о результатах инженерно-геологической съемки масштаба 1:25000 Черноморского побережья Кавказа между г. Туапсе и Анапа. - ГФ СК ПГО, 1995.
6. Штыров В.Г., Кандауров А.С., Кухарев И.Л. Строительство федеральной автомобильной дороги М-27, Джубга-Сочи до границы с Республикой Грузия на обходе г. Туапсе км. 50 - км 70». - Краснодар: Фонды ГУП «Кубаньгеология». - 2006.
