Взаимосвязь инженерно-геологических условий и технологических решений подземного строительства

ВЗАИМОСВЯЗЬ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПОДЗЕМНОГО

СТРОИТЕЛЬСТВА

INTERCONNECTION OF GEOLOGICAL CONDITIONS AND TECHNOLOGICAL DECISIONS IN UNDEGROUND CONSTRUCTION

E.B. Ламонина, Д.С. Конюхов

МГСУ ИЭВПС, кафедра ПОГР

В статье рассматривается взаимосвязь инженерно-геологических условий и технологии подземного строительства. Даются рекомендации по выбору технологических решений для конкретной инженерно-геологической обстановки в районе возведения подземного сооружения.

In the paper the interconnection of geological conditions characterizing the construction site and the technology of construction is discussed. Recommendations for the selection of the way of the construction for the specified geological conditions are presented.

Актуальной проблемой, имеющей важное хозяйственное значение, является обоснование методологии выбора технологий строительства подземных сооружений, соответствующих современному подходу к сохранению окружающей среды, технико-экономической целесообразности с учетом новых акцентов в подземном строительстве, достижений современной подземной архитектуры, градостроительной эстетики. С другой стороны, критерии выбора экологически безопасных технологий строительства подземных объектов должны обосновываться с учетом современных способов обеспечения устойчивости массива, определяющей его эксплуатационную надежность, методов прогнозирования механических и гидрогеологических процессов в грунтовом массиве, а также методов расчета параметров технологической надежности подземного сооружения.

Строительство и эксплуатация подземных и заглубленных сооружений сопровождается техногенным воздействием на геологическую среду и провоцирует появление и развитие неблагоприятных геологических процессов в окружающем массиве пород. На территории Московского региона возможно проявление таких инженерно-геологических процессов и явлений, как выветривание, разуплотнение грунтов, гравитационные и эрозионные процессы, сдвижение и осадки грунтов, механическая и химическая суффозия, подтопление территорий. Также для Москвы характерно проявление карстово-суффозионных процессов, тиксотропии грунтов, присутствие плывунов, морозного пучения грунтов, загрязнения подземных вод, химической коррозии, проявление современных тектонических движений, изменение сейсмических параметров грунтовых толщ, наличие блуждающих токов, воздействие других физических полей и т.п. В ходе строительства подземных сооружений возможны и такие явления, как повышение трещиноватости грунтов, их вывалы и обрушение, пластическое выдавлива-

ние, оплывание водонасыщенных песчаных и глинистых пород и т.п. В отдельных случаях, могут произойти выбросы газа.

Сложность строительства подземных сооружений в Москве обусловлена также и тем, что, как правило, инженерно-геологические условия проектируемых и возводимых сооружений практически во всех районах города характеризуются сложно-переслаиваемым комплексом четвертичных отложений различного генезиса, литолого-петрографической принадлежности, различного состояния и свойств. Коренные породы, которые представлены отложениями меловой, юрской и каменноугольной систем, в силу значительной эрозионной деятельности ледника и р. Москвы, в ряде случаев, не имеют строгой стратиграфической выдержанности. Вследствие этого, четвертичные отложения могут непосредственно залегать на разрушенной кровле карбоновых известняков, либо в их толще, обладающих, помимо невысоких деформационно-прочностных свойств, способностью к развитию карстово-суффозионных процессов.

Не менее сложными являются гидрогеологические условия, характеризующие различные территории города, в силу процессов вертикальной фильтрации из верхних водоносных горизонтов, при значительных утечках из водонесущих коммуникаций, при значительном дренировании за счет подземного водозабора, а также барражного эффекта при строительстве метрополитена и других подземных сооружений.

Таким образом, инженерно-геологические условия территории строительства подземных сооружений являются определяющим фактором при выборе способа строительства, типа ограждающих конструкций, их крепления, проведения дополнительных защитных мероприятий при возведении новых объектов и их эксплуатации.

Для предотвращения возможных проблем и обеспечения сохранности окружающих сооружений проводится подробное изучение геологического и гидрогеологического состояния территории строительства, выполняется анализ потенциальной и актуальной опасности. Для Москвы построены инженерно-геологические карты [1] с выделением типов геологической среды и последующей оценкой опасности развития в их пределах комплекса негативных инженерно-геологических процессов. Такая информация позволяет на стадии проектирования рассмотреть возможные неблагоприятные воздействия нового строительства на окружающую среду и разработать необходимые мероприятия по корректировке этих воздействий.

Способ строительства подземных сооружений также во многом определяет степень влияния технологических процессов на геологическую ситуацию.

Открытый способ обеспечивает оптимальное производство работ при возведении подземных сооружений мелкого заложения. При открытом способе строительство выполняется в открытом котловане с последующей обратной засыпкой. В городских условиях котлованы, как правило, устраивают с вертикальными откосами, что обусловлено недостатком свободных территорий и плотностью застройки. При этом ограждение стен котлована обычно выполняется путем устройства: «стен в грунте», шпунтового ограждения, шитового ограждения, балочного ограждения, забивных металлических труб.

Строительство подземных сооружений глубокого заложения в условиях городской застройки выполняется закрытым способом, который состоит из ряда основных операций: разработки породы, устройства временной крепи, устройства постоянной обделки сооружения. К сооружениям, возводимым закрытым способом, относятся устраиваемые горным способом, комбайновым и щитовым способами, продавливанием.

Возведение подземных сооружений часто сопровождается возникновением дополнительных осадок зданий и сооружений окружающей застройки. Глубокий котлован или подземная выработка могут так изменить напряженно-деформированное со-

стояние грунтового массива, что дополнительные деформации могут превысить допустимые значения.

Как правило, для снижения деформаций зданий производится усиление тела фундаментов существующих зданий буроинъекционными, вдавливаемыми, устраиваемыми по разрядно-импульсной (сваи РИТ) и струйной технологии, (грунто-цементные или jet- сваи). При этом сваи опираются на грунты, залегающие ниже дна котлована или подземной выработки.

Все технологические процессы, осуществляемые в рамках перечисленных способов строительства и усиления фундаментов существующих сооружений, обладают специфическими особенностями и применение каждого из них должно быть обусловлено инженерно-геологическими условиями строительства, в том числе и неблагоприятными явлениями.

В табл.1 указаны неблагоприятные инженерно-геологические процессы, которые могут происходить в грунтовом массиве и различные способы строительства, защиты и усиления сооружений. Возможность применения той или иной технологии в условиях проявления неблагоприятных процессов отмечена в графах таблицы.

Выбор технологических решений в зависимости от наблюдаемых неблагоприятных воздействий на территории строительства

Технологические решения разуплотнение сдвижения и осадки механическая суффозия подтопление карстово-суффозионные процессы плывуны тиксотропия морозное пучение химическая кор-розия

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

открытый способ строительства

Неподкрепленные котлованы |-|-|+l*l +| - 1 - 1+1 +

Котлованы с от Металлические сваи раж; ]ение + м: + +

Шпунт + + + + -

Монолитная «стена в грунте» + + + + - - - + *

Сборная «стена в грунте» + + + + - - - + *

«Стена в грунте» из буросекущихся свай + + + + + - - + *

«Стена в грунте» из бурокасающихся свай + + + - + - - + *

«Стена в грунте» из свай рит + + + - + - - + *

«Стена в грунте» выполненная с помощью струйной цементации + + + - + - - + *

Способ опускного колодца + + + + * * * + *

Кессон +

противофильтрационные завесы

Глинизация + + + +

Цементация + + + -

Силикатизация + + + + +

Битумизация + + +

Смолизация + + + + +

Траншейные стенки +

Шпунт +

ИСКУССТВЕННОЕ ВОДОПОНИЖЕНИЕ И ВОДООТЛИВ

Траншейные дренажи + * * + * - - -

Закрытые беструбчатые дренажи + +

Трубчатые и галерейные дренажи + +

Пластовые дренажи + + + + +

Водопонизительные скважины * * * + * * * +

СПЕЦИАЛЬНЫЕ СПОСОБЫ СТРОИТЕЛЬСТВА:

Замораживание + + + +

Цементация + + + * + - +

Силикатизация + + + + *

Битумизация +

ЗАКРЫТЫЙ способ

Горный способ:

Способ опёртого свода Реализуется в крепких скальных породах

Способ полностью раскрытого сечения В городских условиях не применяется

Способ опорного ядра + |+|+|+| +1+ 1+ 1+1 +

Щитовой и комбайновый способ:

Немеханизированный щит + + + * + - - + +

Механизированный щит + + + - + - - + +

Щит с пригрузом забоя + + + +

Способ продавливания + + + - + +

УСИЛЕНИЕ ФУНДАМЕНТОВ СУЩЕСТВУЮЩИХ ЗДАНИИ И СООРУЖЕНИИ

Передача нагрузок на сваи:

Набивные сваи, бетонируемые с трамбованием - + + - - - - + *

Пневмонабивные сваи с уплотнением бетонной смеси сжатым воздухом - + + + - - - + *

Вдавливаемые сваи + + + + - + + + *

Буроинъекционные сваи + + + + + - - - *

Сваи РИТ + + + + + - - + *

Сваи, изготовленные с помощью пневмопробой-ников + + + + + - - + +

* - применение способа требует дополнительных исследований

Литература:

1. Котлов В.Ф., Петренко С.И., Богомолова Т.В., Попова О.В. Отчет о работе «Комплексная оценка инженерно-геологических и иеженерно-экологических условий освоения и эксплуатации подземного пространства г.Москвы». Российская академия естественных наук АНО НИ-ИЦ «Геориск», Институт водных проблем РАН, Москва, 2006

Ключевые слова: высокие технологии в строительстве, технологический процесс, проходка тоннеля, открытый способ строительства, механизированный проходческий щит, компьютеризированная буровая установка, стена в грунте, буронабивная свая, jet - свая.

Key words: high technology in underground construction, technological process, tunnel driving, cut and cover way of construction, tunnel boring machine, computerized boring installation, slurry wall, drilled shaft, jet-pile.