Прогнозирование пригодности участков для подземного строительства в г. Москве

Практика строительства подземных сооружений показала, что невозможно гарантировать безопасность горно-строительных работ и бесперебойное функционирование подземного объекта без предварительных исследований пригодности выбранного участка для подземного строительства [1-6].

В основе принимаемых решений должны лежать знания о свойствах массива горных пород и технологиях, обеспечивающих экологическую безопасность.

Поэтому задача исследования пригодности участков для подземного строительства в г. Москве является весьма актуальной.

При оценке пригодности участка для подземного строительства следует учитывать горно-геологические и гидрогеологические условия, а также стоимость горно-строительных работ по существующим технологиям, в том числе стоимость комплекса мероприятий по борьбе с водой в период строительства и эксплуатации.

Блок-схема необходимых исследований для оценки пригодности участков для строительства подземных объектов различного назначения в сложных гидрогеологических условиях представлена на рис. 1.

Целью настоящей работы является систематизация участков на территории г. Москвы по степени пригодности для подземного строительства.

Рис. 1. Блок-схема прогноза пригодности участков для строительства подземных объектов различного назначения в сложных гидрогеологических условиях.

Проведенные исследования позволили выделить четыре типа горных массивов, характеризующих разную степень их пригодности для подземного строительства:

I  –  территории, наиболее благоприятные для подземного строительства;

II  – умеренно благоприятные для подземного  строительства территории;

• I II – территории, неблагоприятные для подземного строительства;

VI – территории, непригодные для подземного строительства при существующих технологиях (VI тип в блок-схеме не указан).

На территориях I типа вмещающие породы представлены толщей юрских глин, на отдельных участках известняками. Водопритоки менее 50 м3/час. II – зона влияния одного водоносного горизонта, III – зона влияния двух водоносных горизонтов. Стоимость комплекса мероприятий по борьбе с водой составляет до 30% стоимости возводимых сооружений.

Территории II типа делятся на три подтипа: III - вмещающие породы представлены обводненными меловыми и юрскими песка, зона влияния одного водоносного горизонта; IIII - вмещающие породы представлены юрскими глинами на контакте с обводненными песками, зона влияния двух водоносных горизонтов; IIIII – участки потенциально опасной по возможности проявления карстово-суффозионных процессов. Стоимость комплекса мероприятий по борьбе с водой составляет до 50% стоимости возводимых сооружений.

Территории III типа делятся на два подтипа: IIII – водопритоки в подземные сооружения более 50 м3/час (от 50 м3/час до 1000 м3/час); IIIII – территории опасные по возможности проявления карстово-суффозионных процессов. Стоимость комплекса мероприятий по борьбе с водой составляет более 50% стоимости возводимых сооружений.

I тип территории на глубине до 10-15 м приурочен к участкам моренных возвышенностей, моренно-флювиогляциальных равнин, первой и второй пойменных террас р. Москвы с глубиной залегания грунтовых вод более 10 м.

По величине параметров мульды оседания или призмы обрушения рекомендуется рассматривать три подтипа территории: II, III, IIII.

Подтип II – вмещающие породы представлены преимущественно моренными суглинками мощностью 10-20 м, в основании сооружений – суглинки или пески.

Рекомендуемые мероприятия по защите сооружений от воды в период строительства:

• -    отвод поверхностного стока со строительной площадки;

• -    открытый водоотлив при пересечении линз и прослоев водонасыщенных песков;

• -    забойное водопонижение при подземном способе работ (применяемое самостоятельно или в сочетании с открытым водоотливом).

Рекомендуемые мероприятия по защите сооружений от воды на период эксплуатации:

• -    регулирование поверхностного стока;

• -    профилактический горизонтальный дренаж трубчатого типа;

• -    гидроизоляция сооружений;

• -    отвод на поверхность воды, просочившейся в подземное сооружение (открытый водоотлив);

• -    уплотнение стыков водонесущих коммуникаций.

Подтип III - вмещающие породы представлены песками мощностью 56 м, которые подстилаются суглинками мощностью 10-16 м.

Пески крупнозернистые, различной плотности, с прослоями супесей, суглинков, песков рыхлого сложения.

Суглинки - с прослоями песков, с включениями валунов.

Подтип IIII - вмещающие породы представлены преимущественно песками различной зернистости и плотности, определяющими их прочностные показатели. Характерно наличие прослоев песков рыхлого сложения, линз иловатых супесей и суглинков. Мощность песков 10-20 м. Пески повсеместно подстилаются глинами и суглинками.

При вскрытии массива выработками возможно проявление следующих процессов:

• -    осыпание песков;

• -    разрыхление или уплотнение при вибрации.

Рекомендуемые мероприятия по защите подземных сооружений от подземных вод на период строительства и эксплуатации такие же, как в подтипе II. Кроме того, на период эксплуатации также рекомендуется:

• -    устройство пластового дренажа в основании сооружений.

II тип территорий на глубине 10-15 м приурочен к участкам моренных возвышенностей, флювиогляциальных равнин, долинному комплексу р. Москвы и ее притоков с глубиной залегания грунтовых вод преимущественно до 10 м, а также зонам, потенциально опасным по возможности проявления карстово-суффозионных явлений.

Подтип III – вмещающие породы представлены моренными суглинками мощностью до 10 м, которые подстилаются обводненными песками. Коэффициент фильтрации песков – 2-5 м/сутки, мощность около 5 м, величина напора до 10 м. Ожидаемые водопритоки в подземные выработки – до 50 м 3/час.

Рекомендуемые мероприятия по защите сооружений от воды в период строительства:

• -    отвод поверхностного стока;

• -    водопонижение иглофильтровыми установками;

• -    уменьшение глубины заложения сооружения до 7-8 м, с целью предотвращения возможных прорывов воды в подземные части сооружений.

Рекомендуемые мероприятия по защите сооружений от подземных вод в период эксплуатации аналогичны мероприятиям для типа II.

Подтип IIII - вмещающие породы представлены (сверху вниз) песками мощностью 10-16 м.

Коэффициенты фильтрации песков – 2-5 м/сутки; возможные водопритоки в подземные выработки – до 50 м 3/час.

Рекомендуемые мероприятия по защите сооружений от подземных вод в период строительства:

• -    отвод поверхностного стока от строительной площадки;

• -    открытый водоотлив;

• -    водопонижение иглофильтровыми установками;

• -    забойное водопонижение;

• -    использование "стены в грунте" при строительстве в стесненных условиях как противофильтрационной завесы.

Рекомендуемые мероприятия по защите сооружений от подземных вод в период эксплуатации:

• -    регулирование поверхностного стока;

• -    защитный пластовый дренаж;

• -    применение бетонной обделки сооружений с повышенной

водонепроницаемостью;

• -    гидроизоляция сооружений с учетом возможной агрессивности грунтовых вод на отдельных участках;

• -    отвод от поверхности воды, просочившейся в подземное сооружение (открытый водоотлив);

• -    уплотнение стыков водонесущих коммуникаций.

Подтип IIIII - вмещающие породы представлены преимущественно крупнозернистыми песками с подчиненными прослоями суглинков, супесей, иловатых разностей при потенциально опасной возможности проявления карстово-суффозионных процессов с глубиной залегания грунтовых вод более 10 м.

Фильтрационные свойства песков - от 10 до 75м/сутки.

Мощность песков - от 10 до 30 м.

Рекомендуемые мероприятия по защите сооружений от подземных вод на период строительства и эксплуатации такие же, как для типа IIII.

Для территорий, потенциально опасных по возможности проявления карстово-суффозионных      процессов,      инженерно-геологические исследования, проектирование сооружений, их строительство, разработка инженерно-технических мер защиты зданий и сооружений должны осуществляться в соответствии с "Инструкцией по проектированию зданий и сооружений в районах г. Москвы с проявлением карстово-суффозионных процессов".

В условиях территории подтипа IIIII на участках, потенциально опасных по возможности проявления карстово-суффозионных процессов при возведении подземных сооружений, в период строительства никаких специальных мероприятий по защите сооружений от воды не требуется.

Кроме того, при проектировании подземных сооружений следует предусмотреть мероприятия по повышению прочности, устойчивости и надежности водонесущих коммуникаций в период эксплуатации.

III тип территорий приурочен к долинному комплексу рек Москвы и Яузы, к зоне, где возможно проявление карстово-суффозионных процессов.

В зависимости от глубины залегания грунтовых вод, наличия в толще прослоя суглинков рекомендуется рассматривать три подтипа территорий IIII, IIIII, IIIIII.

Подтип IIII – вмещающие породы представлены разнозернистыми песками второй надпойменной террасы мощностью до 20 м, которые подстилаются моренными суглинками мощностью около 5 м.

При вскрытии массива грунтов выработками возможно проявление следующих процессов:

• -    осыпание песков;

• -    суффозия;

• -    разрыхление или уплотнение при вибрации.

Специальных мероприятий по защите подземных сооружений от воды в период строительства не требуется.

Рекомендуемые мероприятия по защите сооружений в период эксплуатации:

• -    регулирование поверхностного стока;

• -    гидроизоляция сооружений;

• -    отвод на поверхность воды, просочившейся в подземное сооружение (открытый водоотлив);

• -    уплотнение стыков водонесущих коммуникаций.

Подтип IIIII – вмещающие породы представлены преимущественно разнозернистыми песками поймы, первой и второй надпойменных террас.

Водоупорные юрские глины отсутствуют.

Характерно наличие гидравлической связи водоносных горизонтов мезокайнозойских и каменноугольных отложений.

При вскрытии массива грунтов подземными выработками возможно проявление следующих процессов:

• -    осыпание и оплывание песков;

• -    суффозия;

• -    разрыхление или уплотнение при вибрации;

• -    активизация карстово-суффозионных процессов при нарушении существующего гидрогеологического режима.

На участках с глубиной залегания грунтовых вод более 10 м в период строительства специальных мероприятий по защите сооружений от подземных вод не требуется.

Рекомендуемые мероприятия по защите сооружения от подземных вод на участках с глубиной залегания грунтовых вод до 10 м в период строительства:

• -    отвод поверхностного стока от строительной площадки;

• -    водопонижение иглофильтровыми установками;

• -    замораживание грунтов;

• -    при строительстве методом "стена в грунте" в стесненных условиях другие меры противофильтрационной защиты не применяются.

Рекомендуемые мероприятия по защите сооружений в период эксплуатации:

• -    регулирование поверхностного стока;

• -    гидроизоляция сооружений;

• -    отвод на поверхность воды, просочившейся в подземное сооружение (открытый водоотлив);

• -    уплотнение стыков водонесущих коммуникаций.

Для повышения устойчивости сооружений рекомендуется закрепление грунтов в основании сооружений на глубину не менее 5.0 м.

Подтип IIIIII - вмещающие породы представлены песками поймы, первой и второй надпойменных террас.

Юрские водоупорные глины отсутствуют.

Характерно наличие гидравлической взаимосвязи мезокайнозойских и каменноугольных водоносных горизонтов.

Коэффициент фильтрации песков характеризуется следующими величинами:

• -    в пойме - от 3-5 до 10-15 м/сутки;

• -    в пределах первой надпойменной террасы - 12-15 м/сутки;

• -    в пределах второй надпойменной террасы - 15-45 м/сутки;

При вскрытии массива грунтов подземными выработками возможно проявление следующих процессов:

• -    осыпание и оплывание песков;

• -    суффозия;

• -    разрыхление или уплотнение при вибрации;

• -    активизация карстово-суффозионных процессов при нарушении существующего гидрогеологического режима;

• -    выпирание грунта;

• -    прорывы воды и плывунов в выработки.

Рекомендуемые мероприятия по защите сооружений от подземных вод в период строительства:

• -    отвод поверхностного стока от строительной площадки;

• -    водопонижение иглофильтровыми установками;

• -    замораживание грунтов;

• -    противофильтрационные завесы.

Рекомендуемые мероприятия по защите сооружений в период эксплуатации:

• -    регулирование поверхностного стока;

• -    гидроизоляция сооружений;

• -    применение     бетонной     обделки     с     повышенной

водонепроницаемостью;

• -    отвод на поверхность воды, просочившейся в подземное сооружение (открытый водоотлив);

• -    уплотнение стыков водонесущих коммуникаций.

Для повышения устойчивости сооружений потребуется разработка мероприятий по закреплению их основания на глубину не менее 5 м.

• I V тип территорий отличается от III типа бòльшими водопритоками (больше 1500 куб. м/час) и не рекомендуется для подземного строительства.

Исследования, проведенные с использованием разработанной методологии, позволили осуществить районирование территории г. Москвы по степени пригодности участков для подземного строительства объектов различного назначения на различных глубинах.

При проектировании подземных сооружений следует учитывать выявленные в процессе районирования ограничения на область применения подземного строительства в г. Москве.

Надежное функционирование подземного объекта зависит от правильного выбора инженерных решений, в которых должны быть учтены следующие параметры:

е пригодность участка для строительства;

• •    все основные признаки подземного объекта (тип сооружения, объемно-планировочное решение);

• •    методы подготовки массива;

• •    способы строительства;

• •    взаимосвязи между строящимся объектом и породным массивом.