699

6. Тектонические зоны — зоны дробления и перетирания исходных пород. Сложены тектонитами (милонитами, брекчиями трения). Мощность их достигает 100 м. По степени устойчивости грунты совершенно неустойчивые, т.е. требуют закрепления перед фронтом забоя.

Крепость грунтов в тоннеле для толщи кристаллических сланцев, равной 15 (по М.М. Протодьяконову), в зонах влияния тектонических нарушений уменьшается до 6–7, а в самих тектонических зонах уменьшается до 1–3.

Таблица 9.5

Средние значения показателей физико-механических свойств парасланцев в зоне правобережного водосброса Саяно-Шушенской ГЭС

Массивметаморфическихкристаллических сланцеввключает дайки магматических пород мощностью до 50–100 м: диабазов и габбро с коэффициентом крепости 13–14. В зоне интенсивного выветривания эти породы сильно выветрелые, низкой прочности.

7 1

Взонепорталовтоннелейраспространеныкрупнообломочные грунты: глыбы, щебень, дресва с песчаным и глинистым заполнителем.По степениустойчивостиввыработкегрунты совершенно неустойчивые.

Подземные воды в грунтовом массиве представлены трещинным типом в скальных кристаллических сланцах и грунтовыми водами в четвертичных обломочных грунтах порталов. Водоносные комплексы грунтов гидравлически связаны между собой, воды безнапорные, инфильтрационного питания за счет атмосферных осадков и инфильтрации воды из водохранилища. Коэффициенты фильтрации скальных грунтов разной степени трещиноватости изменяются от 0,03 до 3,0 м/сут.

По химическому составу подземные воды пресные, гидрокар- бонатно-кальциевые, к бетону неагрессивны, к металлическим конструкциям слабоагрессивны.

Изфизико-геологическихпроцессовприпроходкеподземных выработоквозможныпрорывыподземныхводиззонтектонических разломов и вывалы обломков грунтов в зонах повышенной трещиноватости.

9.5. Грунтовый массив Крольского тоннеля на участке Абакан — Тайшет Красноярской железной дороги

Грунтовый массив Крольского тоннеля расположен в пределах территории Восточно-Саянского региона Алтае-Саянской горной страны.

В геоморфологическом отношении рельеф региона представляет денудационно-тектонические средневысотные и высокие горы с абсолютными высотными отметками до 2500–3000 м. Для юго-восточной части региона типичны хорошо сохранившиеся древние плоскогорья, расположенные на высотах 1800–2800 м, часто рассеченные глубокими (до 300–700 м) ущельями.

Реки региона имеют узкие глубокие крутосклонные долины, многочисленные водопады и пороги.

Северо-Западная часть региона характеризуется низкогорным расчлененным рельефом с абсолютными отметками 500– 900 м, при относительных превышениях 100–400 м. Характерны крупные плоские междуречные массивы с пологими склонами.

7 2

Склонысреднейкрутизны (15–30°)икрутые(более30°)приуро- чены к долинам крупных рек.

Геологическое строение и инженерно-геологическая характеристика грунтов

Втектоническом отношении Восточно-Саянский регион отвечает области докембрийской (байкальской) складчатости. Он сложеннаиболеедревнимиархейскимии протерозойскими породами, испытавшими глубокий метаморфизм и интенсивную дислоцированность. В толще метаморфических пород в разрезах Восточного Саяна широко распространены интрузивные породы, представленные гранитами и габбро.

Гранитные тела мощностью от 5 до 100 м залегают в зонах тектонических разломов. От гранитов в толщу вмещающих кристаллическихсланцевраспространенымногочисленныежилы кварца и дайки аплитов.

Грунтовый массив Крольского тоннеля состоит из грунтов различного литологического состава: кристаллических сланцев, мрамора, мраморизованных известняков и гранитов (рис. 9.6). Большую часть массива слагают кристаллические хлоритовые окварцованные сланцы. Грунты интенсивно рассланцованные, трещиноватые. Поскольку трещины кливажа залечены жилами кварца, кальцита, грунты в образцах характеризуются высокой прочностью (сопротивление сжатию более 120 МПа).

Мраморы и мраморизованные известняки, крупнокристаллические, массивные, залегают в виде слоев мощностью до 100– 250 м, также обладают повышенной прочностью и относятся к категории средней устойчивости.

Взонах интенсивных тектонических дислокаций кристаллические сланцы и мраморы разбиты тектоническими трещинами северо-западного простирания на отдельные блоки и даже раздроблены и перетерты до состояния тектонической брекчии и тектонита. В этих зонах грунты относятся к категории совершенно неустойчивых, характеризуются коэффициентами крепости от 0,5 до 2.

7 3

распространение карбонатных пород обусловило развитие карстовых процессов, как древних, так и современных. Развиты поверхностныекарстовыеформы:воронки, поноры, котловины; и подземные формы карста: пещеры, находящиеся в стадии активного развития, длиной до 1000 м и глубиной до 300 м. Карстовые полости, заполненные водой, обладают значительными статическими запасами воды и являются причиной прорывов подземных вод в подземные выработки.

Впортальных участках тоннелей по склонам широко развиты обвалы, осыпи и курумы, обусловленные скоплением крупнообломочного материала на отлогих участках хребтов.

Взонахтектонических разломовследует ожидать проявления вывалов и внезапных прорывов подземных и водогрунтовых масс.

9.6. Грунтовый массив Северо-Муйского тоннеля

Северо-Муйский железнодорожный тоннель пересекает центральную часть Северо-Муйского хребта, расположенного в пределах Забайкальского горно-складчатого региона.

Рельеф территории горный. Абсолютные отметки горных вершин от 1400 до 2400 м. Гольцовые гребни гор возвышаются над таежным среднегорьем с отметками 1000–1300 м. Между горными хребтами располагаются глубокие широкие долины на отметкахот 500до1000мнадуровнемморя, частозаболоченные.

Порталы тоннеля располагаются на отметках около 800 м. Максимальная глубина заложения тоннеля составляет около

1000 м (рис. 9.7).

Геологическое строение массива

Грунтовый массив тоннеля сложен гранитоидами Баргузинского комплекса, состоящего из системы пачек: гранитогнейсов, порфировидных средне- и крупнозернистых роговообманковых гранитов и среднезернистых биотитовых гранитов. Общее простирание «пачек гранитов» северо-западное, западное, падение северное и северо-восточное. Все разновидности гранитов пересечены дайками и жилами пегматитов и аплитов.

Тектоническая структура грунтового массива очень сложная. Массив разбитглубокими сейсмоактивными разломами: Ангаро-

7 5

канским, Муяканским, Перевальным и множеством более мелких зон тектонических нарушений. Грунтовый массив тоннеля характеризуется повышенной сейсмичностью [3, 4, 19].

Проектирование и строительство тоннеля осуществлялось из расчета сейсмичности в 9 баллов. В период строительства тоннеля в среднем ежегодно регистрировалось до 700 толчков землетрясений.

Рис. 9.7. Схематический разрез грунтового массива Северо-Муйского тоннеля (по Н.М. Быковой, С.И. Шерману):

1 — дисперсные грунты четвертичного возраста; 2 — граниты кембрийского возраста; 3 — зона сильнотрещиноватых раздробленных грунтов; 4 — тектонические разломы, выполненные тектонитами (раздробленные, перетертые грунты до состояния глин, песка и щебня); 5 — граница многолетней мерзлоты

В зоне тоннеля инструментально зарегистрированы 22 землетрясения: 2 девятибалльных, 1902 и 1917 г., 4 восьмибалльных и 16 шести-семибалльных. По сейсмическим расчетам В.М. Кочетковаврайоне могут происходить землетрясения: силой 8 баллов — раз в 50 лет, 9 баллов — в 150–170 лет, 10–11 баллов — в пятьсот лет.

Интенсивные тектонические процессы привели к существенному усложнению условий массива. Гранитный массив разбит многочисленными разломами шириной от 5 до 200 м на отдельные блоки.

7 6

В 4,7 км от западного портала между 20 и 10 пикетами выявлена тектоническая зона мощностью около 730 м (см. рис. 9.7). Гранит в зонах тектонических разломов раздроблен до щебня, песка и глины, превращен в тектонит. Суммарная ширина разломов и тектонических зон составляет около 10 % протяженности тоннеля, т.е. более 1,5 км. Степень трещиноватости гранитного массива изменяется от слаботрещиноватых с модулемтрещиноватости 1–2 до сильнотрещиноватых(Мот6 до 30) и раздробленных в зонах тектонических зон (М более 30). Прочностьгранитов массиваизменяется вшироком диапазоне.В массивных блоках коэффициент крепости (по М.М. Протодьяконову) составляет 8–10, а в тектонических зонах уменьшается до 0,6. Тектонические зоны заполнены водой и являются резервуаром трещинно-жильных подземных вод.

Вблизи западного портала тоннеля между 52 и 60 пикетами в массиве гранитов находится эрозионное углубление — Ангароканская депрессия — шириной 400 м и глубиной до 180 м (рис. 9.8). Депрессия заполнена песчано-гравийными аллювиальными грунтами р. Ангарокан. В толще рыхлых песков залегают редкие линзы слабосцементированных галечников.

Рис. 9.8. Геологический разрез западного участка Северо-Муйского грунтового массива (Ангараканская депрессия):

1 — пески с линзами гравия, галечника, аллювий р. Ангаракан QIII–IV; 2 — валуны, галька с песчаным, глинистым заполнителем ледникового

происхождения glQII–III; 3 — пески разнозернистые с линзами галечника, среднечетвертичный аллювий р. Арганакан (Ангараканская депрессия) aQII; 4 — граниты протерозойские PR2; 5 — разрывные нарушения; 6 — зоны рассланцевания; 7 — зоны дробления; 8 — зоны перетирания, милонизации (тектониты)

7 7

Ложем депрессии является зона дробления, по которой снизу происходит подток гидротермальных вод. Толща грунтов депрессиизаполненаводойзасчетатмосферных осадкови представляет собой плывун. По классификации М.М. Протодьяконова прочность оценивается коэффициентом крепости fкр = 0,3.

Хотя Ангароканская депрессия была установлена при разведке 1974 г., ни проектировщики, ни строители не придали ей значения, что имело катастрофическое последствие. При прохождении выработки через предполагаемый древний размыв 20 сентября 1979 г. произошел неожиданный мощный выброс водогрунтовой массы (плывуна) из забоя штольни. В результате выброса за считанные секунды в штольню обрушилось под огромным давлением более 12 000 м3 воды, песка, камней. Многотонное проходческое оборудование было мгновенно отброшено на несколько десятков метров. Селевый поток сметал все на своем пути. Понадобилось два года, чтобы ликвидировать аварию. В процессе прорыва уровень воды в Ангароканской депрессии практически не понизился. Пришлось на глубине 35 м под зону депрессии пробить 250-метровую дренажную штольню, пробурить два десятка дренажных скважин через свод выработки. С помощью мощной дренажной системы из Ангароканской депрессии откачано более 20 млн м3 воды.

В пределах порталов тоннель пересекает верхнечетвертичные аллювиальныегрунты,представленные гравелистымипескамии супесями, оцениваемыми коэффициентом крепостиfкр = 0,3–1,0.

На поверхности склонов горного хребта и на толще песков Ангароканской депрессии залегает толща средневерхнечетвертичных ледниковых отложений, представленных валунно-галеч- никовыми грунтами с песчано-глинистым заполнителем (glQII–III).

Таким образом, наиболее сложные инженерно-геологические условия проходки Северо-Муйского тоннеля наблюдались на участках порталов (около 1350 м) и Ангароканской депрессии (450 м), сложенных дисперсными аллювиальными гравийнопесчаными грунтами, насыщенными водой, т.е., по сути дела, плывунами, грунтами неустойчивыми и совершенно неустойчивыми (оцениваемыми коэффициентом крепости от 0,3 до 1,0).

Инженерно-геологические условия грунтового массива Севе- ро-Муйского тоннеля характеризуются повышенной сложнос-

7 8

тью. Интенсивная трещиноватость гранитов обусловила образование многочисленных вывалов объемом от 200 до 4000 м3. Суммарный объем вывалов составляет 16 500 м3 грунта [19].

В гидрогеологическом отношении грунтовый массив весьма неоднороден и вмещает трещинные, трещинно-жильные подземные воды и воды, залегающие в водно-ледниковых и аллювиальных грунтах речных долин. Статические запасы подземных вод массива характеризуются значительными объемами, соответствующими громадным полостям тектонических трещин. Гидростатическое давление на глубине заложения тоннеля оценивалось до 55 атм., или 550 м водяного столба. Многочисленные трещины заполнены водой или водно-грунтовой плывунной массой.При вскрытиитрещин подземнымивыработками(тоннелем, штольнями) происходили интенсивные водопритоки объемом от 100 до 6800 м3/ч. Суммарный водоприток достигал до

20 тыс. м3/ч (см. рис. 9.7).

Поскольку тектонические разломы часто заполнены песчаноглинистыми перетертыми грунтами с включением дресвы, щебня, насыщеннымиводой,при вскрытии выработкойвсяэтамасса приходит в плывунное состояние, происходит прорыв плывуна в выработку.

При проходке тоннеля на участке пикетов № 15–18 была вскрыта тектоническая зона разломов, заполненных дресвой, пескомсглинистымзаполнителем,насыщенныхводой(рис. 9.9). 16 апреля 1999 г. в забой тоннеля хлынула вода с притоком от 120 м3/ч до 500 м3/ч. Через 10 ч произошел выброс водогрунтовой массы объемом около 1300 м3. За 18–22 апреля вынос грунтовоймассынеоднократноповторялся.Подземнуювыработку залило на 770 м, из них 350 м до кровли. Суммарный вынос грунтовой массы в тоннель составил 6 500 м3. В результате оседания грунта на земной поверхности над трассой тоннеля образовался провал диаметром 5 м и глубиной 12 м. При обследовании тюбинговой обделки тоннеля были обнаружены трещины в ребрах тюбинговых колец шириной до 10 мм.

Из-за произошедшего прорыва плывуна оказались затопленными подземные выработки, под завалами оказалась строительная техника, были нарушены системы вентиляции, электроснабжения, подачи сжатого воздуха. Основной причиной аварии

7 9

ПрипроходкеСеверо-Муйскоготоннелядляпреодолениязон тектонических разломов были использованы следующие способы:

—химическое закрепление грунтов в зоне разлома путем нагнетания через инъекционные скважины растворов на основе цемента и жидкого стекла. При химзакреплении создавались зоны гарантированно закрепленного грунта мощностью от 3 до 10 м от контура выработки;

—водопонижение из забоя путем бурения горизонтальных опережающих скважин;

—водопонижение с поверхности земли глубинными водопонизительными скважинами.

Приведеннаяхарактеристикаинженерно-геологических условий Северо-Муйского грунтового массива является характерной для восточных горно-складчатых регионов России.

9.7. Грунтовый массив Краснополянского тоннеля, Северный Кавказ

Краснополянский тоннель расположен на 32–34 км шоссе Адлер—Красная Поляна Краснодарского края.

8 0