699

В дисперсных грунтах (глинистых, песчаных) под действием горного давления происходит с большой скоростью формирование свода обрушения как над кровлей выработки, так и с ее боков.

7.ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ПОДЗЕМНЫХ ВЫРАБОТКАХ

Свысоким горным давлением связано образование вывалов, горныхударов,расслаивание,обрушениегорныхпородивыпоров.

Вывал — локальное обрушение объема грунтов из кровли выработки. Наиболее часто вывалы наблюдаются в призабойной части выработки или в выработанном пространстве незакрепленной выработки. В результате образования вывала в кровле выработки образуется полость в форме купола (происходит «куполение»). Размеры вывала зависят от состава грунтов, их залегания и трещиноватости. Объем вывала достигает 1000 м3.

При проходке тоннеля Ингури ГЭС в верхнемеловых слоистых известняках в зоне тектонической трещиноватости произошел вывал объемом 950 м3, а в зоне трещиноватой антиклинальной складчатости произошло обрушение и отслаивание грунта в объеме 640 м3 (рис. 7.1) [10].

Серьезными осложнениями сопровождалось строительство Лысогорскоготоннелянажелезнодорожной линииКраснодар— Туапсе [13]. Тоннель на глубине 150 м заложен в толще аргиллитов, пересекает сильнодислоцированную зону, осложненную многочисленными разрывными дислокациями. Мощность зоны дробления достигала 100 м. Горное давление в зоне дробления достигало 13 МПа. Проходку затрудняли многочисленные вывалыи обрушениягрунтов,чтовызвалозначительные деформации железобетоннойотделки,выколыбетона,разрушениеотдельных блоков в кольце обделки и в конечном итоге удорожание и удлинение сроков строительства.

Горные удары — лавинообразное разрушение грунтов высокой прочности вблизи контура выработки. Проявляются в виде мгновенных перемещений больших объемов грунтов в горную выработку в виде раздробленных обломков с сопровождением сильного гула.

Горные удары подразделяются на четыре категории по степени опасности. В результате проявления горных ударов может происходить разрушение горной выработки, ее крепи, машин, гибель людей.

4 1

плывунов, растворение горных пород, суффозия, разжижение водонасыщенных грунтов.

Прорыв подземных вод иплывунов происходит при вскрытии подземной выработкой заполненных водами карстовых пустот, тектонических трещин и слоев плывунов. Основная действующая сила процесса — гидростатическое давление воды водоносного горизонта над кровлей выработки.

В грунтовых массивах горно-складчатых областей прорывы подземных вод в выработки происходят при вскрытии ими карстовых полостей или трещинных подземных вод тектонических трещин.

При проходке Северо-МуйскоготоннелянаБАМепроизошло более 25 прорывов подземных вод различной интенсивности. 20.09.1979 г. в забой тоннеля под давлением 15 атм. произошел прорывплывунаизАнгароканскойдепрессии вблизи отзападного портала. В течение 7 мин было вынесено 12000 м3 водногрунтовой массы. Погибли люди и техника. Проходку тоннеля удалось возобновить только через два года. Ангароканская депрессия представляет собой углубление в гранитах глубиной до 180 м, заполненное гравийно-песчаными отложениями, иногда слабо сцементированными. Грунты депрессии обводнены за счет гидротерм и атмосферных осадков. При вскрытии их выработкой они перешли в плывунное состояние. Причиной катастрофического прорыва член-корреспондент В.П. Солоненко считает просчеты изысканий [4].

16.04.1999 г. произошел аварийный прорыв трещинно-жиль- ных вод в тоннель из тектонической зоны западного тектонического блока. Суммарный вынос обломочных грунтов составил около 7000 м3, на поверхности образовалась воронка в виде провала диаметром 5 м и глубиной 12 м. Водоприток достигал 500 м3/ч. Причиной аварийного прорыва подземных вод явилось проявление сейсмического воздействия (2–3 балла), что привело к резкому увеличению гидростатического давления, разжижению (тиксотропии) слабо химически закрепленного грунта в зоне трещины.

При вскрытии Северо-Муйским тоннелем зон разломов прорывались водно-грунтовые потоки с расходом до 6000 м3/ч, а

4 4

периодически даже до 20000 м3/ч. Таких участков при проходке тоннеля было около двадцати.

Подобные прорывы подземных вод наблюдались при проходке тоннелей на Кавказе. При строительстве Арпа-Севанского тоннеля водопритоки составили от 100 до 1000 л/с с давлением до 50 атм. и выносом грунтов максимальным объемом до 2500 м3.

Столь мощные прорывы подземных вод и обильные выносы пород объясняются громадными статическимизапасами трещин- но-жильных вод вмассивах грунтов горно-складчатых областей.

Аварийные прорывы плывунов наблюдаются при строительствеиэксплуатацииметрополитеноввусловиях равнинплатформенных территорий.

Прорыв происходит при вскрытии подземной выработкой плывуна или через слой водонепроницаемого глинистого грунта в кровле, подошве или в забое выработки.

Процесс прорыва начинается с взламывания слоя глинистых грунтов,преграждающегодоступ водыввыработку,появляются трещины в слое, возникает капеж, струи воды, происходит выдавливание грунта по почве выработки и прорыв. Прорыв воды или плывуна через слой глины происходит при мощности водонепроницаемого слоя менее 3 м. Так, при строительстве метрополитена, на глубине 80 м было проведено некачественное замораживание грунта. При проходке выработки произошел прорыв. Тысячи кубических метров грунта заполнили готовую выработку.Наповерхностиземлиобразоваласьмульдаоседания диаметром 300 м с провалом в центре.

Возникают аварийные прорывы плывунов и в эксплуатируемые метрополитены при существенном увеличении гидростатического давления подземных вод в случае выхода из строя дренажной системы метрополитена.

Меры борьбы с прорывами: бурение опережающих скважин из забоя выработки, химическое закрепление плывунов и зон тектонических разломов, замораживание и водопонижение.

Растворение и суффозия в грунтах по контуру подземных транспортныхвыработокусиливаетсявследствиеработыводопонизительной дренажной системы. За обделкой выработки формируются карстовые пустоты, снижается плотность и устойчивость грунтов. Возможны деформации сооружений.

4 5

В период проходки подземных выработок происходит существенное изменение физико-механических свойств грунтов:

—искусственное разрушение грунтов под действием меха-

низмов и буровзрывных работ. Усиливается трещинообразование и рыхление грунтов;

—разуплотнение грунтов по контуру выработки (трещины отпора). Развиваются трещины параллельно обнаженной поверхности выработки. Мощность разуплотнения достигает до 10 м;

—выветривание грунтов происходит по обнаженной поверхности выработки. Грунты растрескиваются, при увлажнении размягчаются,набухают.Устенвыработкиформируютсяосыпи;

—сдвижение грунтов (горных пород) — деформация грунтов, залегающих над выработанным пространством. Участок земнойповерхности,подвергшийсясдвижению,называетсямульдой сдвижения. В случае прорыва плывуна в подземную выработку (метро) образуется мульда оседания поверхности диаметром до 400 м. Величина оседания может достигать 500 см. Максимальные осадки поверхности земли в мульдах сдвижения

вМоскве составляют 100 см, в Санкт-Петербурге — 80 см. Сдвижение приводит к деформации сооружений на поверхности земли.

8.ОЦЕНКА СЛОЖНОСТИ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ГРУНТОВЫХ МАССИВОВ

Оценка степени сложности инженерно-геологических условий грунтовых массивов проводится в соответствии с требовани-

ем СП-11-105–97 (табл. 8.1) [14].

Категории сложности условий следует устанавливать по совокупности факторов. Если какой-либо фактор относится к более высокой категории сложности и является определяющим при принятии проектных решений, то категорию сложности условий следует устанавливать по этому фактору. В этом случае должны быть увеличены объемы или дополнительно предусмотрены виды работ, которые необходимы для обеспечения выяснения влияния на проектируемые сооружения данного фактора.

Определение степени сложности инженерно-геологических условий грунтового массива имеет большое значение для планирования инженерно-геологических изысканий, объема работ и финансирования будущего строительства.

4 6

Ошибки в оценке категории сложности инженерно-геологи- ческихусловийСеверо-Муйского тоннеля,пословамВ.П. Солоненко, «поставили строителей в тягчайшие горно-технические и финансовые условия, приведшие к многолетней затяжке строи-

4 7

тельства, многочисленным авариям, в том числе на Ангароканском размыве с гибелью бригадира проходчиков. Преодоление Северо-Муйского перевала обойдется, по крайней мере, на 1 млрд р. дороже, чем предполагалось» [4, с. 7].

Применительно к тоннелям и метрополитенам целесообразно применять категории повышенной сложности инженерно-гео-

логических условий, особенно грунтовых массивов горноскладчатых областей.

На практике применяются несколько классификаций оценки инженерно-геологических условий массивов.

Для общих и предварительных оценок грунтовых массивов используется геомеханическая классификация З.Т. Биениавского, основанная на использовании нескольких геологических факторов.Врезультатепосуммебалловвыделяетсяпятьклассов грунтовых массивов и дается их характеристика [10].

Вклассификации О.В. Куциашвили кроме геологических показателей массива учитываются техногенные факторы: способ проходки выработки, вид крепи, тип постоянной обделки

(табл. 8.2) [15].

Витоге выделяются четыре категории грунтовых массивов: благоприятные, ограниченно благоприятные, малоблагоприятные и неблагоприятные.

Таблица 8.2

Классификация инженерно-геологических условий строительства тоннелей по О.В. Куциашвили

4 8

Окончание табл. 8.2

Примечание. kф — коэффициент фильтрации, м/сут; q — удельный водоприток, м3/ч.

9. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ОТДЕЛЬНЫХ ГРУНТОВЫХ МАССИВОВ РОССИИ

9.1. Грунтовый массив г. Омска

Город Омск расположен на юге Западно-Сибирской плиты на обоих берегах р. Иртыш в устье речки Оми. Эта территория относится к области аккумулятивных равнин, сложенных озер- но-аллювиальнымикайнозойскимиотложениями.Палеозойский фундамент плиты залегает на глубине около 3,5 км (Чановская тектоническая впадина).

4 9

Грунтовый массивгородасложен 100-метровойтолщей палео- ген-неогеновых озерных и аллювиальных отложений, в которые включены четвертичные аллювиальные отложения Иртыша.

Вморфологическомотношениитерриторияводоразделапредставляет собой плоскую равнину с абсолютными отметками 110– 125 м, пересекаемую долинами Иртыша и Оми. В рельефе равнины выделяются положительные формы рельефа — гривы с высотой 5–10 м и межгривные понижения.

Геологическое строение и инженерно-геологические особенности грунтов

В геологическом строении массива сверху вниз нижнечетвертичные грунты сладковской свиты, неогеновые глины и пески павлодарской, глины таволжанской свит и пески бещеульской свиты.

Нижняя часть разреза представлена грунтами палеогена: глинами абросимовской свиты и алевролитами журавской свиты [16] (рис. 9.1).

Рис. 9.1. Схематический разрез грунтового массива г. Омска:

1 — суглинок, супесь лёссовые; 2 — переслаивание суглинков, глин; 3 — глина; 4 — песок, алеврит; 5 — бурый уголь; 6 — кристаллы пирита; а, а1, а2 — аллювий поймы, надпойменных террас;

SaQI–II — сладовская свита; laN1–2Pv — павлодарская свита; N1tv — таволжанская свита; N1bs — вещеульская свита; N1ab — аброммовская свита; p3zr — журавская свита; p3nm — новомихайловская свита

5 0