Прогнозирование аварийных ситуаций и разрушений на стадии инженерных изысканий и многое другое...
О нас Услуги Оборудование Книги по теме Примеры Связь Карта Форум Видео En

История одного прогноза

     В 1995 году завершился период эксплуатации участка петербургского метрополитена между станциями "Лесная" и "пл. Мужества".
     Сложности с этим участком начались еще при проходке. Во время проходки произошел прорыв плывуна в тоннель. В результате разгерметизации плывуна было выпущено более 40 тысяч кубометров водонасыщенного мелкодисперсного песка, что привело к проседанию грунта в зоне аварии и разрушению одного из корпусов завода "Аврора".
     Для ликвидации аварии и продолжения проходки грунт был заморожен жидким азотом. С самого начала было ясно, что когда грунт оттает, могут начаться неприятности. Поэтому тоннели этого участка были сделаны максимально прочными, и к тому же, обладали положительной плавучестью, чтобы находиться в оттаявшем плывуне наподобие подводной лодки.
     Авария 1995-го года началась с постепенного провисания тоннелей. Остановить погружение тоннелей в грунт не удалось, и, в конце концов, произошла их разгерметизация.
     Для того чтобы восстановить метрополитен на аварийном участке, необходимо было понять истинные причины происшедшей аварии. Для проведения научных исследований, с помощью которых можно было бы решить эту задачу, были привлечены все существовавшие на тот момент геологические и геофизические силы, которые высказали готовность принять участие в этих работах.
     К тому моменту метод ССП только-только начинал свое существование. В качестве метода инженерной геофизики он к этому времени использовался только один раз – при оконтуривании полигона "Красный Бор". При этом нам удалось обнаружить, что метод ССП позволяет выявлять зоны тектонических нарушений. В силу своего разнообразия, тектонические нарушения на ССП-разрезах могут проявляться также в весьма различном виде. Однако почти всегда в виде воронкообразных объектов или, если нарушение произошло со сдвигом, то в виде одной образующей воронкообразного объекта.
     Исследования в зонах тектонических нарушений позволили обнаружить некоторые специфические свойства грунта в этих зонах. Так, например, как показали исследования полигона "Красный  Бор", грунт в зонах тектонических нарушений характеризуется повышенной проницаемостью. Настолько, что в этих зонах даже кембрийские глины не являются водоупором, и именно через эти зоны захороненное на полигоне крайне вредное и опасное для всего живого вещество мигрировало на соседние поля и в верховья рек.
     Прежде чем заключить с нами договор, наш заказчик, ГГП "Севзапгеология" провел дополнительную проверку метода ССП на предмет его способности выявлять тектонические нарушения. Проверочный профиль длиной 1050м проходил примерно по меридиану с Юга на Север от забора Серафимовского кладбища вдоль дороги мимо таможни (650-й метр профиля), далее через Богатырский проспект (755-й метр), через пустырь и мимо строящейся школы (900-й метр).
     Выбран заказчиком этот профиль был потому, что там имеется большое количество скважин, пробуренных в ходе разведки под трассу метрополитена. Как оказалось, глубина скважин там не превышала 10м, то есть, все равно, что их не было вовсе.
     Как показано на рис.1, ССП-разрез по этому профилю содержит 4 участка, которые являются зонами тектонических нарушений. Вблизи 240 м профиля воронка более или менее симметрична, что соответствует разрывному нарушению без смещения плит фундамента (что схематично показано под ССП-разрезом).
     Вблизи 450 и 750 нарушения имеют вид, соответствующий также разрывному нарушению, но сформированному в результате опусканию участка фундамента между 500 и 725 м. Обе половинки воронкообразного объекта показаны красной штриховой линией. Тектоническое нарушение вблизи 950-го м имеет также несимметричное строение, геометрически подобное нарушению, зарегистрированному вблизи 725 м.
     Для проверки полученных нами результатов была осуществлена по этому же профилю радоновая съемка. На рис.1 показаны оба результата исследований. Результат сравнения говорит сам за себя. На основании полученных таким образом дополнительных доказательств возможностей метода ССП с нами был заключен договор "Проведение спектрально - сейсморазведочного профилирования для выявления тектонических нарушений, палеорусел и палеодолин в районе станции метро "Площадь Мужества"

Выявление тектонических нарушений (проверка метода ССП)
Рис. 1

     В ходе выполнения договора решались две задачи – определение причин происшедшей аварии и обследование возможных обходных трасс метрополитена.
     Основной, общепринятой версией причины аварии до сих пор является наличие размыва и плывуна. В результате разведочного бурения, выполненного еще при проходке, было выяснено, что вдоль ул. Политехнической размыв простирается примерно на 500м.
     На рис.2 приведен план проведения профилей методом ССП. В результате выполненного профилирования было выявлено множество различных структур тектонических нарушений, палеоструктур, плывунов.
     Необходимо отметить, что к этому времени (1996г) мы обнаружили однозначную связь между параметрами воронкообразного объекта (это параметры обработки, связанные с добротностью сейсмосигналов) и уровнем потенциальной опасности для инженерных сооружений, находящихся в зоне тектонического нарушения. С этих позиций, наиболее аварийно опасной зоной оказался участок, обнаруженный при профилировании вдоль ул. Политехнической.
     Этот участок проявился на ССП-разрезе (см. рис.3) воронкообразным объектом (показан штриховыми линиями). Центр этой воронки находится на расстоянии 210 м от пл. Мужества. Как оказалось, этот воронкообразный объект приходится в точности на участок разгерметизации тоннелей.
     Непосредственно в пределах воронки виден ореол (показан штриховой окружностью), характерный для плывунов.
     Контуры воронкообразного объекта, прорисованного на ССП-разрезе, определяют границы вертикального породного столба, в пределах которого породы находятся в тиксотропном состоянии вследствие постоянно идущего процесса микроперемещений микрочастиц сверху вниз.

Схема проведения спектрально - сейсморазведочного профилирования для выявления тектонических нарушений, палеорусел и палеодолин в районе станции метро "Площадь Мужества"
Рис. 2

     Тиксотропное состояние пород в пределах этой воронки оказалось подтвержденным результатами бурения. Бурение непосредственно в центре воронкообразного объекта осуществлялось в период проходки (в 70-х годах), и при этом потери керна по большей части интервалов скважины достигали 100%. Правда, к сожалению, при составлении геологического описания этой скважины, была допущена фальсификация результатов бурения. Это связано с тем, что существующие нормативы не допускают потерь керна, превышающих 40%. Поэтому во всех тех случаях, когда скважина попадает в зону тектонического нарушения, обусловленное этим увеличение потерь керна приходится скрывать1.
     Проходящие по тоннелям поезда создают динамическое воздействие на грунт, и тем самым, усиливают перемещения грунта сверху вниз, которые увлекают с собой и тоннели. Замечено, что просадка тоннелей шла толчками, в моменты прохождения поезда через аварийную зону.
     Просадка грунта идет до самой поверхности, что подтверждено топографическими измерениями.
     Мне представляется, что взаимосвязь между характером развития аварии и местонахождением воронкообразного объекта позволяет в качестве причины аварии назвать не размыв в целом, а именно наличие тектонического нарушения. Что и было отражено сначала в отчетах, а затем в публикациях2.
     Проведение такого большого количества профилей ССП, как показано на рис. 2, объясняется необходимостью выбора трассы обходного участка с тем, чтобы второй раз не попасть туннелями в подобную ситуацию.
     На основании проведенных профилей выяснилось, что тектоническое нарушение, проявившееся воронкообразным объектом, показанным на рис.3, подсекается профилем, пройденным вдоль ул. Карбышева. Направление простирания этого тектонического нарушения показано на рис.2 штриховой линией.

Участок разгерметизации тоннелей в районе площади Мужества
Рис. 3

     На рис.4 приведен ССП-разрез части профиля, пройденного вдоль ул. Карбышева. На расстоянии 145м от площади Мужества находится центр воронкообразного объекта. Этот воронкообразный объект и тот, который показан на рис.3, принадлежат одному и тому же тектоническому нарушению.
     Еще один воронкообразный объект имеет центр около 430-го метра профиля. Воронкообразные объекты, показанные на рис.4, менее аварийно опасны, чем тот, который проявился при профилировании по ул. Политехнической. Если пустить обходную трассу под ул. Карбышева, тоннели в ходе эксплуатации тоже будут прогибаться в выявленных зонах тектонического нарушения, но конструкцией тоннелей этот эффект можно нейтрализовать. Например, если применить конструкцию типа гусеницы, чтобы дать возможность тоннелям провисать.
     Однако здесь обнаружился другой фактор. Дело в том, что под ул. Карбышева, между ул. Новороссийской и пл. Мужества проложен городской канализационный коллектор. Если под этим коллектором и параллельно ему пойдет трасса метрополитена, то это неизбежно приведет к тому, что в тех местах, где коллектор вместе с тоннелями метрополитена пересечет тектонические нарушения, проседающий под тоннелями (под воздействием динамических нагрузок со стороны проходящих поездов) грунт будет увлекать и коллектор. Коллектор же не может изгибаться, и поэтому лопнет.

ССП-разрез части профиля, пройденного вдоль ул. Карбышева
Рис. 4

     На участке профиля, идущего вдоль ул. Карбышева, примыкающем к ул. Новороссийской, обнаружена еще одна зона тектонического нарушения, показанная на рис.5. Воронкообразный объект здесь просматривается на глубине 100-150 м, а ближе к поверхности – как бы чаша. Такое изображение имеют тектонические нарушения, весьма опасные для возводимых сооружений, так как наличие чаши над воронкообразным объектом свидетельствует о том, что тиксотропное состояние пород над нарушением вышло на поверхность.

Зона аварии (февраль 2002 г) при проходке щита на участке между станциями "Лесная" и "Пл. Мужества"
Рис. 5

     Если бы этой чаши не было, то от момента строительства объекта до воздействия на него тектоническим нарушением может пройти время, достаточное, чтобы это сооружение укрепить. В данном же случае разрушение начнется непосредственно во время строительства, как это и произошло в данном случае. Но все по порядку.
     Вот здесь мы будем вынуждены перейти от чисто технических моментов к организационным. Или даже политическим. Дело в том, что полученные нами с помощью метода ССП результаты не были допущены нашим заказчиком в свой отчет по геофизическим изысканиям. Само по себе, это очень странно, так как если заказчик не согласен с нашими результатами, то было бы логично поместить их в отчет и дать им соответствующую оценку.
     В связи с этим, отчет по нашей работе, но уже с результатами по ул. Карбышева, был передан генеральному заказчику - АОЗТ "Ленметрогипротранс", а именно, гл. геологу Нагорному С.Я.. Несмотря на кажущуюся с его стороны поддержку и понимание ситуации, наши результаты так и не попали в генеральный отчет, о чем я узнал во время защиты работы всеми участниками исследований, которая состоялась мае 1997г в АОЗТ "Ленметрогипротранс".
     Как оказалось впоследствии, все дело было в том, что к тому времени уже было принято решение о проходке тоннелей под ул. Карбышева силами итальянской фирмы "Impredjilo", и нашими заказчиками таким образом решалась задача недопущения неблагоприятной информации до проходчиков.
     Здесь мне многого не понять. Я 15 лет проработал в угольных шахтах, и могу твердо сказать, что только те шахты работают благополучно, где существует тесный контакт технологов с геологами. Как можно было проходчиков лишить тех предупреждений, о которых говорилось выше, я не знаю.
     Здесь необходимо отметить, что на сегодняшний день репутация метода ССП такова, что у петербургских специалистов - строителей, проектировщиков, представителей МЧС, Горгостенадзора - нет ни малейшего сомнения в том, что прогнозы наши достаточно точны. Ленметрогипротранс получал запросы и предупреждения из многих организаций, о складывающейся ситуации писала пресса. Но почему-то Ленметрогипротранс и Ленметрострой пошли на проверку нашего прогноза.
     При проходке тоннеля в северо-восточном направлении щит провалился примерно на полметра в зоне, показанной на рис.5, в результате чего произошла разгерметизация тоннеля. Не понимая причин аварии, проходчики стали нагнетать в почву, непосредственно под щит, цементный раствор для того, чтобы создать опору для проходческого щита с тем, чтобы после этого продолжить проходку. Ну, во-первых, чтобы заделать цементным раствором тектонический разлом, не хватит и всех запасов цемента в России. Во-вторых, чем больше будет закачано раствора, тем активнее будет опускание тоннеля в этом месте. Известно, что чем больше масса сооружения, тем больше скорость его погружения в грунт. Опыт применения разного рода инъекций и буронабивных свай показал, что использование их в зонах тектонических нарушений действительно не замедляет, а ускоряет осадку.
     И вот еще что. Подобную зону пройти можно, но делать это следует с максимально возможной скоростью. Это азы горного дела, и если бы проходчики знали о существовании этой зоны, они бы так и поступили. В данном же случае, скорость проходки была не максимальной, а минимально возможной, и авария произошла в точности так, как и должна была произойти.
     Несколько слов о минимально возможной скорости. Дело в том, что, как известно всем горнякам, останавливать проходку (как и добычу) нельзя. Если остановить комбайн, то породы его задавят так, что не то, что двигаться дальше, а даже извлечь его будет невозможно. Когда в начале 90-х годов были забастовки на шахтах, и в прессе сообщалось о том, что забои стоят, то знающим людям было понятно, что не стоят, а двигаются, но с минимально возможной скоростью. Щит же под ул. Карбышева стоит уже больше двух месяцев. Поэтому, основываясь на своем горняцком опыте, я предполагаю, что пройденный участок тоннеля придется бросить с тем, чтобы начать новую проходку.
     Проблема проверки прогноза очень сложна. Дело в том, что если неблагоприятный прогноз учитывают, то потом обязательно возникает сомнение: удалось избежать неприятностей потому что учли предупреждение или прогноз был неправильный, и даже если бы ничего не сделали, то ничего бы и не произошло. В данном случае, проверка прошла очень чисто. Очень бы не хотелось, чтобы таким же образом прошел проверку прогноз о разрушении коллектора при прохождении под ним поездов метрополитена.


  1. Информация об этом была получена от непосредственных исполнителей этого бурения. Опытным геологам данное положение дел хорошо известно.
  2. Перечень публикаций и обращений в различные инстанции с результатами обследований и прогнозами находится в редакции журнала "Жизнь и безопасность".


Обсудить статью 



При использовании материалов сайта ссылка на www.newgeophys.spb.ru обязательна Публикации о нас

Начало | О нас | Услуги | Оборудование | Книга 1 Книга 2 Книга 3 |  Примеры | Связь | Карта сайта | Форум | Ссылки | О проекте | En

Поддержка и продвижение сайта "Геофизпрогноз"


Rambler's Top100 Rambler's Top100

Реклама на сайте:


сеть магазинов парфюмерии