К вопросу управления рисками при освоении подземного пространства мегаполиса

В настоящее время объемы подземного строительства в крупных городах увеличиваются. Причинами этого являются непрерывно возрастающая концентрация населения и увеличение автомобильного парка. Комплексное освоение подземного пространства в условиях плотной городской застройки выдвигает целый ряд требований, которые необходимо учитывать при планировании и строительстве сооружений, так как строящиеся и эксплуатируемые подземные сооружения являются зонами повышенного риска, и в случае возникновения аварии, представляют серьезную опасность для находящихся в них людей [4], не исключение и экологические риски, которые влияют не только на людей, но и на природу в целом.

Количественное измерение уровня экологической безопасности при освоении подземного пространства мегаполиса также играет важную роль в управлении рисками в природной и техногенной сфере.

Под экологическим риском понимают вероятность возникновения нежелательных изменений в окружающей природной среде, или отдалённых неблагоприятных последствий этих изменений, возникающих вследствие отрицательного воздействия на окружающую среду.

Количественное измерение уровня экологической безопасности при освоении подземного пространства возможно на основе идентификации и анализа экологического риска. Это связано с необходимостью учета неопределенности и непредсказуемости многих процессов и явлений при подземном строительстве. Объекты подземного хозяйства оказывают существенное влияние на поверхность, атмосферу и почву мегаполиса [1].

Негативный экологический эффект подземного строительства связан с попаданием участка работ в зону старых коммуникаций.

Таким образом, необходима идентификация экологического риска при освоении подземного пространства мегаполиса.

В современных исследованиях экологический риск по источникам возникновения может быть представлен суммой природного, промышленного и социального рисков.

Риск в зависимости от целей анализа оценивается соответствующими показателями (качественными и количественными), например, ожидаемыми уровнями негативных последствий аварий за определенный промежуток времени (ожидаемым ущербом, вероятностью возникновения аварий с определенными последствиями). Количественная оценка риска характеризуется величиной вероятности возникновения рискового случая и возможным размером ущерба в зоне подземного строительства за определенный период времени при определенных обстоятельствах [1].

Интегральным критерием экологического риска служит вероятность нарушения природного баланса, связанная с необратимыми потерями (или необратимыми деградационными процессами) и обусловленная техногенными факторами подземного строительства.

Сам процесс управления подземным строительством в условиях возникновения рисковых ситуаций должен включать в себя анализ риска; обеспечение защиты от риска; компенсацию возможного риска.

Анализ риска предназначен для выявления источников опасностей и оценки последствий их воздействий на окружающую среду. Установление источников опасностей является ключевым моментом и заключается в определении рисковых случаев, свойственных данному сооружению, и их возможных причин. Оценка последствий воздействия опасностей предусматривает определение величины возможного ущерба для каждой категории рисковых случаев. Особое внимание при анализе риска должно быть направлено на выявление «слабых» мест с точки зрения опасности и на разработку обоснованных рекомендаций и мероприятий по обеспечению экологической безопасности [1].

Для анализа экологических рисков в подземном строительстве применимы следующие методы:

Статистический метод , основанных на обработке статистических данных об аварийных ситуациях при строительстве или эксплуатации подземных сооружений методами математической статистики. Метод экспертных оценок складывается из результатов согласованных мнений экспертов о характере возможных последствий воздействия объекта подземного строительства на окружающую среду, степени их тяжести, вероятности проявления. Метод анализа риска основан на использовании теории аварийного риска при определении уровня опасности подземных объектов. Метод аналогий используется в том случае, если другие методы оценки риска неприемлемы. При использовании аналогов применяются базы данных о риске аналогичных проектов, проектно-изыскательских и исследовательских работ. Полученные таким образом данные обрабатываются для выявления зависимостей в законченных проектах с целью учета потенциального риска при реализации нового проекта строительства подземного сооружения [1]. Метод квалиметрического моделирования состоит в построении и исследовании математических моделей, описывающих качества рассматриваемого объекта. В процессе построения квалиметрических моделей определяется обобщенный показатель опасности объекта, формируемый на основе оценки конструктивных и других признаков (свойств) подземного сооружения, которые могут оказывать влияние на уровень опасности. Комбинированный метод представляет собой объединение нескольких методов или их отдельных элементов [1].

Решение проблемы снижения экологического риска в подземном строительстве должно осуществляться при исключительно комплексном подходе к этому вопросу, включающем: установление причин, порождающих риск, его последствия; оценку возможных потерь в сложившейся обстановке; правильное распределение затрат на предупреждение или устранение рисковых ситуаций между заинтересованными в реализации проектов сторонами; персонализацию ответственности должностных лиц; разработку методов и средств, повышающих эффективность и качество подземного строительства в крайне сложных условиях, обусловленных природной обстановкой и техногенным влиянием.

Экологическая опасность процессов подземного строительства может рассматриваться лишь при комплексном подходе к изучению закономерностей взаимовлияния подземных сооружений и окружающей среды и формирование факторов экологического риска. Поэтому необходимо своевременно проведение исследований состояния подземного пространства городов для предупреждения и предотвращения катастроф, фиксации угрожающих экологии объектов, обеспечения экологической безопасности подземного строительства уже на стадии проектирования, включая разработку экологических объемных карт многоярусных подземных пространств по районам города [1].

Работа по снижению рисков может быть очень продуктивной и полезной как в плане совершенствования надежности объектов мегаполиса и экономической эффективности работы городских систем, так и в плане ужесточения требований к безопасности [3].

В систему управления рисками при строительстве и эксплуатации подземных сооружений входит: информационно-организационное обеспечение процедуры анализа рисков; идентификация рисков (технического, геомеханического, аэрологического, экологического, геодинамического, организационного рисков); анализ и оценка рисков (вероятность реализации рисков, материальный ущерб); принятие решений; контроль за выполнением мероприятий (мониторинг рисков, реагирование на риски, оценка эффективности управления); объект управления; субъекты управления.

При идентификации рисков выявляются источники опасностей, приводящих к отказам городских систем, условия возникновения опасностей, элементы, технические устройства, технологические блоки или процессы, требующие наиболее детального анализа; осуществляются предварительные оценки последствий возможных техногенных аварий. Объекты подземного хозяйства оказывают существенное влияние на поверхности, приводящие к возможности возникновения нежелательных техногенных изменений природных объектов и факторов, неблагоприятных для экологических ресурсов [3].

Суть анализа рисков состоит в построении всех возможных сценариев возникновения и развития аварий и обусловленных ими чрезвычайных ситуаций, а также оценке частот и масштабов реализации каждого из построенных сценариев. Использование метода предполагает построение показателей с помощью математических моделей и статистических данных [3].

Исходя из вышеизложенного, следует сделать вывод:

• -    при управлении рисками следует учитывать внешние и внутренние ограничения, что означает согласование проводимых мероприятий по безопасности и с условиями функционирования подземного сооружения;

• -    управление рисками представляет собой динамический процесс, который является сложной и многоуровневой процедурой;

• - необходим высокоспециализированный характер принятия решений в рамках системы управления рисками при воздействии и эксплуатации подземных сооружений мегаполисов [3].

Вследствие отсутствия экологического анализа последствий подземного строительства, в настоящее время подземное пространство мегаполиса заполнено ядовитыми газами в разных концентрациях. Поэтому оценка аэрологического риска (мера опасности, характеризующая возможность возникновения аварии вследствие отклонения параметров атмосферы подземных сооружений от их нормативных значений) также необходима [4].

Мониторинг подземных сооружений предназначен для обеспечения надежности строительства подземных сооружений и сохранения зданий и сооружений, находящихся в зоне их влияния, а также защиты окружающей среды с учетом возможных негативных последствий строительства.

Целью геомеханического мониторинга является оценка воздействия подземного строительства на окружающие здания и сооружения, на атмосферу, геологическую и гидрогеологическую среду в период строительства и эксплуатации, разработка прогноза в период строительства и эксплуатации, разработка прогноза изменения их состояния, своевременное выявление дефектов конструкций, предупреждение и устранение негативных процессов, уточнение результатов прогноза (оценка геомеханического риска).

При проведении анализа и оценки геомеханического риска следует определять:

осадки, крены и горизонтальные смещения конструкций подземного сооружения, а также окружающих зданий и сооружений, расположенных в зоне влияния строительства;

техническое состояние конструкций строящегося подземного сооружения и окружающих зданий и сооружений;

деформации ограждающих и распорных конструкций и значения условий в них;

определение напора воды в грунтовом массиве;

напряжения и деформации в грунтовом массиве;

• эффективность работы дренажных, водопонизительных и противофильтрационных систем;

• расходы воды, фильтрующей в массиве грунта, вмещающем подземные сооружения;

уровень колебаний подземного сооружения при его строительстве рядом с тоннелями метрополитена и другими источниками вибрационных и динамических воздействий [4].

Таким образом, при оценке экологического риска необходимо учитывать все возможные случаи активизации существующих и возникновения новых геологических опасностей под воздействием природных и техногенных факторов, а также их негативные последствия в пределах оцениваемых объектов. Экологический риск связан преимущественно с развитием карстовых 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.

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 107

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 определенным 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 проявляется практически на всей территории Москвы в пределах участков, сложенных в приповерхностной части водонасышенными четвертичными флювиогляциальными, аллювиальными и техногенными дисперсными отложениями песчаного состава, в виде провалов и оседаний земной поверхности, подобных карстовым деформациям, но имеющим обычно меньшую площадь и глубину. Такие опасности и риск могут возникать при проходке и эксплуатации подземных выработок, вскрывающих толщи и прослои песчаных пород четвертичного, мелового и юрского возраста. Образование суффозионных деформаций возможно при одновременной реализации следующих трех необходимых условий: присутствия в геологическом разрезе разнозернистых песчаных водопроницаемых пород; гидродинамического воздействия подземных или техногенных вод, движущихся со 108

скоростью, достаточной для размыва и выноса этих пород; наличия свободного пространства, в которое может выноситься разрушенный материал.

Оползневой опасности 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 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 зимнее 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 сооружений, 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

Риск потерь от геологических опасностей оценивают в виде полного и удельного значений риска по следующим формулам:

кет=р^нур^нуУе(нуое

где *" Л*"? ’ и Л-'Т' - соответственно полный и удельный риск потерь от опасности Н определенного генезиса и интенсивности;

• * ’^ ’ - повторяемость опасности Н в пределах определенной по площади территории, численно равная ее статистической вероятности (случаев/год);

PsVn = ^

• -: - геометрическая вероятность поражения оцениваемого

объекта опасностью Н в пространстве;

• -: - площадь объекта (кв. м)

• - : - площадь, в пределах которой может проявиться опасность Н;

■ /V": ’  - экономическая уязвимость оцениваемого объекта для опасности Н,

• ^ / - стоимость объекта до его поражения (руб.).

По мере перехода от проектирования к строительству и последующей эксплуатации подземных сооружений качественный и количественный состав рисков трансформируется. Как правило, они снижаются по мере получения информации и проведения различных мероприятий. В этой связи применяют план управления рисками. Он разрабатывается и реализуется вместе с проектом и включают в себя перечни мер с соответствующими им величинами рисков и их изменениями в результате реализации составляющих плана. Процесс работы над планом включает: идентификацию рисков, их оценку, разработку мер по их снижению, реализацию мер, а также контроль за изменением вероятностей ущербов.

Основные направления проведения мер по снижению экологических рисков при использовании подземного пространства включают:

• -    получение дополнительной информации об объективных условиях реализации проекта, способствующей более полной идентификации и оценке рисков;

• -    внедрение более совершенных технологических и технических решений, материалов, организационных схем и других решений, снижающих вероятность отказов;

• -    разного рода защитные меры, уменьшающие потенциальный ущерб при возникновении аварийных ситуаций.

Распределение средств между данными направлениями в процессе составления планов управления рисками осуществляется по критерию минимизации суммарных затрат при условии достижения приемлемого риска.

На основе проведенных исследований предложены принципы управления рисками при использовании подземного пространства мегаполисов:

• -    допустимая (приемлемая) величина рисков должна определяться для конкретных территорий, исходя из их адаптационных возможностей, с учетом вида и интенсивности использования территорий;

• -    проектные решения по строительству подземных объектов следует выбирать на основе максимизации их экономической эффективности, отнесенной к величине создаваемого риска;

• -    необходимо формирование фонда для финансирования ликвидации последствий аварий и катастроф в случае их возникновения на городских территориях;

• -    вовлечение в процессы принятия решений по управлению рисками наибольшего числа специалистов, распределение ответственности и экономическое стимулирование лиц, принимающих решение.

Реализация механизма управления рисками включает в себя следующие этапы:

• -    определение допустимого уровня риска для конкретных городских территорий;

• -    формирование решений по освоению подземного пространства на конкретных территориях;

• -    идентификация возникающих при этом рисков, их классификация по территориальному масштабу и оценка величины;

• -    реализация прав создания рисков на конкурсной основе в рамках установленных для территорий пределов;

• -    формирование страхового фонда на вырученные от реализации прав создания рисков средства.

Таким образом, обобщен существенный опыт управления рисками при проектировании, строительстве и эксплуатации подземных объектов. Предложены научные основы механизма управления рисками при освоении подземного пространства мегаполисов.

The article deals with analysis and risk assessment during the development of the underground space of the megapolis. The experience of risk management in design, construction and operation of underground facilities has been generalized. Scientific bases of the mechanism of risk management during the development of underground space of megapolises are proposed.