Комплексная оценка инженерно-геологических условий и районирование вдольтрассовой территории ВЛ 110кВ (район г. Кайеркан)

В работе рассмотрена территория вдольтрассовой полосы ВЛ 110 кВ в районе г. Кайеркан Норильского городского округа (Красноярский край).

Город Кайеркан находится на севере Красноярского края, а именно на юге Таймырского полуострова, в 24 км к западу от центрального района Норильска в пределах Среднесибирского плоскогорья и северной части Норильского плато (рис. 1).

Участок исследования характеризуется распространением многолетнемерзлых пород, повышенной влажностью грунтов, подтоплением и наличием специфических грунтов. Эти факторы значительно усложняют строительство и эксплуатацию линий электропередачи.

Объект исследования: геологические и гидрогеологические условия, инженерногеологические процессы в районе проектируемой ВЛ.

Целью является комплексная оценка инженерно-геологических условий и районирование вдольтрассовой территории ВЛ.

Основные задачи исследования:

– анализ и оценка инженерногеологических условий вдольтрассовой территории ВЛ на основе проведенных изысканий;

– районирование по степени сложности инженерно-геологических условий.

Работа лицензирована в соответствии с CC BY 4.0. Чтобы просмотреть копию этой лицензии, посетите

Методика

В работе был использован метод районирования, основанный на балльной оценке классификационных признаков. Этот метод используется тогда, когда не известны классификационный показатель и его граничные условия.

Задачей районирования является выбор и оценка классификационного показателя, а также определение его граничных значений, по которым выделяются таксоны и составляется карта районирования.

Выбор классификационных показателей представлен в табл. 1

Рис. 1. Обзорный план участка работ

Таблица 1. Результаты выбора и балльной оценки факторных признаков грунтов

Наименование признака	Индекс признака	Ранг признака	Балльная оценка компонентов признаков
			1	2	3
Тип грунта	А	1	Тип грунта (на глубине 10 м)
			Скальные	Крупнообломочные	Глинистые
Состояние грунта	Б	2	Распространение ММП
			ММП не встречено	ММП до 10,0 м	ММП после 10,0 м
Наличие специфических грунтов	В	3	Наличие или отсутствие (торф, насыпной грунт, ММП)
			1 тип грунта	2 типа грунта	>2
Экзогенные процессы	Г	4	Отсутствие или наличие (подтопление пучение, наледь, термока		, заболачивание, рст)
			встречен 1 процесс	встречено 2 процесса	>2

В качестве классификационного показателя используется критерий Кр, который рассчитывается по следующей зависимости:

Kp=1Аi+2Бi+3Вi+4Гi, где 1, 2, 3, 4 – весовые коэффициенты (ранг) признаков; Ai, Бi, Вi, Гi, – балльные значения компонентов признаков.

Определяются граничные значения классификационного показателя К p .

Допустим, что все геологические признаки оцениваются в 1 балл. Тогда минимальные значения классификационного показателя будут указывать на благоприятные усло- вия для сооружения:

K pmin =1*1+1*2+1*3+1*4=10.

В случае, когда все геологические признаки оцениваются в 3 балла, можно узнать максимальное значение классификационного признака, которое указывает на неблагоприятные условия:

K pmax =1*3+2*3+3*3+4*3=30.

Составляется модель районирования. В соответствии с условиями работы системы «Геологическая среда – проектируемая ВЛ» предложена следующая модель районирования (табл. 2).

Таблица 2. Модель инженерно-геологического районирования трассы

Наименование таксона	Оценка условий	Значение К р
1	Благоприятные	<21
2	Малоблагоприятные	21–27
3	Неблагоприятные	>27

Геологические условия

В геологическом строении района работ в пределах глубины изысканий (до 15,0 м) принимают участие современные техногенные (tQIV), биогенные (bQIV), четвертичные элювиальные (eQ) и верхнечетвертичные ледниковые отложения (gQIII), а также подстилаемые скальными грунтами магматического (Т1) и осадочного (D3) комплексов.

Техногенные отложения представлены щебенистым грунтом.

Биогенные отложения представлены торфом среднеразложившимся, сильнольдистым сильнопучинистым.

Четвертичные элювиальные отложения представлены щебенистым грунтом с суглинистым серым тугопластичным заполнителем до 30–45 % и щебенистым грунтом слабольдистым с суглинистым заполнителем.

Верхнечетвертичные ледниковые отложения представлены песком мелким льдистым, супесью и суглинком слабольдистыми, суглинком слабольдистым с примесью органического вещества, суглинком гравелистым слабольдистым, суглинком дресвяным слабольдистым, суглинком сильнольдистым, гравийно-галечниковым грунтом слабольдистым с суглинистым заполнителем, гравийно-галечниковым грунтом слабольдистым с песчаным заполнителем

Магматические отложения представлены долеритом, базальтом, долеритом морозным.

Осадочные отложения представлены аргиллитом морозным.

Гидрогеологические условия территории

Гидрогеологические условия рассматриваемой территории характеризуются развитием надмерзлотных подземных вод сезонно-талого слоя и подземных вод сквозных таликов. На рассматриваемых участках под- земные воды были встречены на глубине 0,5–9,0 м.

К югу от зоны распространения вечной мерзлоты размещение подземных водозаборов возможно практически повсеместно, однако потенциальный объем водоотбора зависит от состава водовмещающих пород, орографических условий и степени гидрогеологической изученности. Перспективы использования подземных вод осложняются в ряде случаев ухудшением их качества в районах интенсивного развития промышленного и сельскохозяйственного производства.

Питание подземных вод осуществляется в основном за счет инфильтрации атмосферных осадков, разгрузка происходит в ближайшие водотоки и пониженные участки рельефа.

Гидрогеологические условия описываемой территории определяются двумя важнейшими факторами: структурногеологическими особенностями региона и широким развитием вечной мерзлоты. По отношению к многолетней мерзлоте различаются подземные воды надмерзлотные, подмерзлотные и воды сквозных таликов. Надмерзлотные воды почти повсеместно связаны с отложениями четвертичного возраста. Кроме того, они могут быть встречены в верхних трещиноватых зонах вулканогенного комплекса пород. Большей частью воды залегают в пределах деятельного слоя. Мощность надмерзлотных комплексов в целом определяется в этом случае глубиной сезонного протаивания, тесно связанного с литологией пород, и не превышающего в районе 3 м. К ним относятся воды элювиальноделювиальных и осыпных накоплений и воды болотных отложений. Значительно большую мощность имеют надмерзлотные воды озерно-аллювиальных и аллювиальных водоносных комплексов, в которых под руслами рек и под озерами водоемов могут фор- мироваться мощные (до 20 м) потоки грунтовых вод, сохраняющие в течение всего года свободную поверхность.

Специфические грунты

В пределах участка изысканий, по данным буровых работ, подтвержденных лабораторными испытаниями, встречены техногенные грунты, биогенные отложения (торфы), органоминеральные, элювиальные и многолетнемерзлые грунты, которые относятся к специфическим грунтам.

Многолетнемерзлые грунты (ММП) встречаются практически повсеместно. Их состояние (залегание до 10 м или ниже) учитывается в балльной оценке. Мерзлые грунты обладают высокой прочностью при сохранении отрицательной температуры, но при оттаивании теряют несущую способность.

Техногенные грунты – естественные грунты, измененные и перемещенные в результате производственной и хозяйственной деятельности человека, и антропогенные образования, неоднородные по составу и плотности, склонные к неравномерной осадке.

Торфы – биогенные отложения с высокой влажностью, сжимаемостью и склонностью к пучению.

Инженерно-геологические и инженерногеокриологические процессы и явления

Среди опасных геологических процессов и явлений на территории исследуемого участка следует отметить подтопление, заболачивание, пучение грунтов в зоне сезонного промерзания, термокарст, наледеобразова-ние, криогенное выветривание.

Подтопление и заболачивание вызваны близким залеганием грунтовых вод и слабым дренажом. Отмечено на 30 % участков.

Пучение грунтов происходит в зоне сезонного промерзания. Характерно для пылеватых суглинков, супесей и глинистых грунтов. Наблюдается на всех участках с талыми и мерзлыми грунтами.

Термокарст – процесс оттаивания многолетнемерзлых грунтов с образованием провалов и оседаний. Выявлен на отдельных участках (скв. 9, 59, 60).

Наледеобразование обнаружено на участке ПК62+38–ПК63+75 (между РП-2 и опорой № 77). Согласно СП 115.13330.2016, данный участок отнесен к опасной категории по наледной опасности.

Криогенное выветривание – разрушение скальных пород под действием циклов замораживания-оттаивания. Наблюдается на 70 % участков, особенно в зоне контакта талых и мерзлых грунтов.

Эти процессы оказывают комплексное негативное воздействие на устойчивость фундаментов опор ВЛ и требуют принятия защитных мер (Кутепов и др., 2025).

Комплексная оценка инженерногеологических условий и районирование

Под инженерно-геологическим районированием понимается разделение исследуемой территории на соподчиненные таксономические элементы, характеризуемые внутренней общностью и внешними различиями инженерно-геологических условий. Задача районирования сводится к выбору и оценке классификационного показателя и определению его граничных значений, по которым выделяются таксоны и составляется карта районирования. В данной работе был использован метод районирования, основанный на балльной оценке классификационных признаков. Этот метод применяется тогда, когда не известны классификационный показатель и его граничные условия.

Задачей районирования является выбор и оценка классификационного показателя, а также определение его граничных значений, по которым выделяются таксоны и составляется карта районирования (рис. 2).

На основе анализа данных инженерногеологических изысканий, выполненных по трассе ВЛ 110 кВ в районе г. Кайеркан (всего проанализировано более 130 скважин), были получены детальные результаты, позволившие провести комплексную оценку и районирование территории (общая протяженность трасс – 56,3 км).

По полученным численным значениям параметра Кр выделено 3 таксона:

• -    1-Таксон характеризуется благоприятными условиями. Выделено 12 участков. Участки сложены скальными грунтами, мно-

• голетнемерзлые породы не встречены, встречено 1 или 2 типа специфических грунтов, присутствует 2 экзогенных процесса, местами больше 2;

• -    2-Таксон характеризуется малоблагоприятными условиями.

Выделено 27 участков. Участки сложены скальными, крупнообломочными и глинистыми грунтами, многолетнемерзлые породы встречены с глубины 10,0 м, присутствуют 2 типа специфических грунтов и больше 2 экзогенных процессов;

• -    3-Таксон характеризуется неблагоприятными условиями. Выделено 14 участков. Почти все участки сложены глинистыми грунтами, многолетнемерзлые породы встречены с глубины 10,0 м, редко не встречены, присутствует более 2 специфических грунтов и более 2 экзогенных процессов. Общий вид карты районирования представлен на рис. 2.

Рис. 2. Карта районирования

Практические рекомендации

При проектировании и строительстве на подтопленных участках рекомендуется провести мероприятия по организации поверхностного стока и созданию системы водоотведения.

На подтопленной территории следует предусматривать комплекс мероприятий, обеспечивающих предотвращение этого негативного процесса в зависимости от тре- бований строительства, функционального использования и особенностей эксплуатации, охраны окружающей среды и/или устранение отрицательных воздействий подтопления. Комплекс мероприятий и инженерных сооружений по защите от подтопления должен обеспечивать как локальную защиту зданий, сооружений, грунтов оснований, так и (при необходимости) защиту всей территории в целом.

Согласно пункту 12.3 СП 116.13330.2012, нужно проводить мероприятия, направленные на нейтрализацию и недопущение процессов пучения. Например, выполнение землеройных работ в теплое время года с целью исключения замачивания и дальнейшего промораживания грунтов естественного основания. Для нейтрализации и недопущения процессов пучения рекомендуется проводить подготовку грунтов естественного основания фундаментов путем отсыпки песчаногравийной смеси с послойным уплотнением мощностью не менее 0,5 м. Для снижения касательных сил пучения следует проектировать сооружения на столбчатых и свайных фундаментах, уменьшать число отдельно стоящих опор фундаментов с целью увеличения нагрузки на каждую опору, применять для обмазки боковой поверхности фундаментов вязкие несмерзающиеся материалы и гидрофобные пропитки, уменьшить шероховатость боковой поверхности фундаментов.

Также в проектных решениях обустройства территории должна быть предусмотрена система дренажа, исключающая образование верховодки в песчаной отсыпке и минимизирующая процесс заболачивания территории и образования застойных водоемов. Строительство на болотах и заболоченных участках рекомендуется производить преимущественно в зимнее время после замерзания верхнего торфяного покрова. Общая протяженность болот на участках прохождения проектируемых трасс составляет 0,579 км, что составляет 1,3 % от общей протяженности всех трасс.

Согласно пункту 14.3 СП 116.13330.2012, следует проводить мероприятия по защите сооружений от термокарста: сохранение напочвенных растительных покровов, отсыпка территории слоем песчаного или гравийно-песчаного грунта, укладка на поверх- ности грунта теплоизоляционных покрытий (тепловых экранов), регулирование стока поверхностных вод.

Согласно пункту 13.3 СП 116.13330.2012, нужно проводить мероприятия, не допускающие развития наледеобразования: сооружения для свободного пропуска наледи через зону защищаемого сооружения, безналедный пропуск водотоков, сооружения для задержания наледи выше защищаемого сооружения, прямое воздействие на режим подземных вод (водопонижение).

Согласно пункту 15.3 СП 116.13330.2012, следует осуществлять мероприятия по укреплению склонов георешетками, геоматами, другими видами покрытий, устройство габионов, террасирование. Нужно использовать теплоизолирующие покрытия поверхности склона (синтетических теплоизоляторов), которые позволяют снизить температуру грунтов склона. Актуально применение сезонноохлаждающих устройств для стабилизации склона и обеспечения на весь период эксплуатации температуры грунта, необходимой по расчету несущей способности основания. Важно обратить внимание на использование инженерных сооружений, противодействующих солифлюкционным процессам: контрфорсов, подпорных стен, рядов свай.

Заключение

В ходе работы была выполнена комплексная оценка инженерно-геологических условий и районирование территории проектируемой трассы ВЛ методом балльной оценки.

• 1.    По результатам инженерногеологических изысканий в геологическом строении принимают участие четвертичные современные техногенные, биогенные, четвертичные элювиальные и верхнечетвертичные ледниковые отложения и подстилаемые скальными грунтами магматического и осадочного комплексов.

• 2.    Гидрогеологические условия рассматриваемой территории характеризуются развитием надмерзлотных подземных вод сезонно-талого слоя и подземных вод сквозных таликов. На рассматриваемых участках подземные воды были встречены на глубине 0,5–9,0 м.

• 3.    На территории изысканий обнаружены такие геологические процессы и явления, среди которых необходимо отметить подтопление, заболачивание, пучение грунтов в зоне сезонного промерзания, термокарст, наледеобразование, криогенное выветривание

• 4.    По результатам инженерногеологического районирования территория трассы разделена на 3 таксона по степени инженерно-геологической сложности. Большая часть территории находится в малоблагоприятных инженерно-геологических условиях.

• 5.    Приведены практические рекомендации для повышения безопасности строительства и эксплуатации ВЛ