Карстовые и суффозионные провалы в г. Москве: особенности инженерно-геологических изысканий и прогнозирования

КАРСТОВЫЕ И СУФФОЗИОННЫЕ ПРОВАЛЫ В г. МОСКВЕ: ОСОБЕННОСТИ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИЗЫСКАНИЙ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ

В.П. Хоменко, М.А. Калашников, И.А. Потапов

МГСУ

Рассмотрены примеры образования различных карстовых форм и формирования суффозии в условиях города при техногенезе.

Examples offormation of various karstic forms and formation the suffosion in the conditions

of a city are considered at

technogenesis

Провалы представляют собой феномен, типичный для такого старого и крупного города как Москва, однако реакция на это со стороны городских властей и коммунальных служб должна учитывать причины и генезис подобных явлений. Провалы, время от времени появляющиеся в Москве, могут быть по своему происхождению: 1) гравитационными, 2) суффозионными и 3) карстовыми [3]. Их ни в коем случае нельзя путать между собой.

Провалы первого типа имеют исключительно техногенный характер и представляют собой результат гравитационного обрушения кровли подземных заброшенных горных выработок и перекрытий засыпанных колодцев, подвалов и т.п. Появление провалов второго типа связано с механической суффозией грунта, причем в подавляющем большинстве случаев оно бывает вызвано техногенными факторами. Третий тип провалов обусловлен присутствием карстовых полостей в карбонатных горных породах. До сих пор не имеют однозначного ответа и остаются дискуссионными два тесно взаимосвязанных вопроса: а) продолжается ли в настоящее время растворение карбонатных пород, присутствующих в геологическом разрезе Москвы; б) какова роль техногенных факторов в образовании здесь карстовых провалов.

Что касается гравитационных провалов, то выявление их источников в виде созданных когда-то подземных объектов скорее является предметом архивного поиска, чем современных инженерно-геологических изысканий. Дело в том, что вероятность попадания в них скважины, шурфа или конуса зонда при пенетрации очень мал, а по результатам геофизических исследований такие объекты не всегда удается правильно идентифицировать. Кроме того, при обнаружении техногенной подземной полости оценка ее устойчивости является скорее задачей специалистов в области горного дела, чем изыскателей.

Оценка опасности суффозионного и карстового провалообразования на территории Москвы несомненно является задачей изыскателей, но ее успешному решению мешает терминологическая неопределенность, связанная с существованием большого количества определений понятий «суффозия» и «карст». Авторам представляется целесообразным пользоваться в данной ситуации терминологической системой, предложенной обязательным приложением А СНиПа 22-02-2003 [6], и в первую очередь сле-

дующим определением: «карстово-суффозионные процессы - взаимосвязанное развитие карстового процесса и суффозии. При изучении и оценке карста включается в состав карстового процесса».

Существует еще одно обстоятельство, требующее пояснений. В Москве действуют два инструктивных документа, один из которых регламентирует инженерно-геологические изыскания [1], а второй проектирование [2] в районах повышенной карстовой опасности. В них говорится только о проявлениях карстово-суффозионных процессов, хотя геологические условия в городе таковы, что здесь в принципе возможно образование провала, относящегося к любому из трех основных генетических типов [5]: карстово-обвального, карстово-суффозионно-обвального (смешанного) и карсто-во-суффозионного провала. К счастью эта терминологическая небрежность отсутствует в методическом документе, регламентирующем оценку на территории Москвы геологического риска [4], где речь идет отдельно о карстовой и суффозионной опасности.

Суффозионные провалы природного происхождения всегда являются результатом присклоновой суффозии. Они встречаются в Москве очень редко и в основном на территориях, которые практически не подлежат застройке: в лесопарковой зоне, на береговых склонах рек и в бортах оврагов, там, где возможна разгрузка постоянных или временных водоносных горизонтов. При этом суффозионному разрушению могут подвергаться и техногенные грунты. Обычно потенциальная опасность образования провалов в результате развития механической суффозии природного происхождения легко обнаруживается уже во время инженерно-геологической рекогносцировки (и тем более съемки) и в дальнейшем подтверждается результатами стандартных полевых работ и лабораторных исследований. Признаками активного развития процесса служат суффозионные ниши и аккумулятивные накопления в местах постоянно существующих или периодически возникающих выходов подземных вод на склонах (рис. 1). Прогноз размеров суффозионных провалов, которые могут образоваться в тыловой части склона, может осуществляться в соответствии с решениями, предложенными В.П. Хоменко [8].

Рис. 1. Типичные суффозионные ниши, образовавшиеся в долине реки Котловка, в откосе массива насыпных грунтов в результате его сезонного обводнения атмосферными осадками (Москва, июль 2008 г.). Фото В.П. Хоменко

Гораздо чаще в Москве происходит образование техногенных суффозионных провалов, причем они представляют собой более сложный объект для инженерно-геологического прогнозирования, поскольку что их появление в основном обусловлено аварийным состоянием объектов инфраструктуры или грубыми ошибками в производ-

стве строительных работ. Существуют две причины вызывающие образование таких провалов: техногенное обводнение грунтов и их открытая или подземная экскавация. Первую причину техногенного суффозионного провалообразования можно предусматривать при прогнозировании лишь как некую потенциальную возможность, если речь не идет об утечках из подземных водонесущих коммуникаций, а не об инфильтрации из искусственных водотоков и водоемов. Реализация второй причины в идеале должна исключаться при грамотном осуществлении проектно-изыскательских работ. К сожалению, так бывает не всегда, и самым ярким негативным примером в этом отношении служит провал, вызвавший в 1998 г. не повлекшее за собой человеческих жертв разрушение двухэтажного дома на улице Большая Дмитровка при проходке под ней коллекторного тоннеля (рис. 2). В ходе изыскательских работ, которые были осуществлены в полном соответствии с действующими нормами (!), здесь была «пропущена» заполненная водонасыщенными песками погребенная эрозионная долина, в которую и «врезался» тоннель.

Рис. 2. Разрушение здания на улице Большая Дмитровка, вызванное суффозионным провалом, образовавшимся над коллекторным тоннелем (Москва, май 1998 г.). Фото В.П. Хоменко

Гораздо чаще в Москве происходит образование техногенных суффозионных провалов, причем они представляют собой более сложный объект для инженерно-геологического прогнозирования, поскольку их появление в основном обусловлено аварийным состоянием объектов инфраструктуры или грубыми ошибками в производстве строительных работ. Существуют две причины вызывающие образование таких провалов: техногенное обводнение грунтов и их открытая или подземная экскавация. Первую причину техногенного суффозионного провалообразования можно предусматривать при прогнозировании лишь как некую потенциальную возможность, если речь не идет об утечках из подземных водонесущих коммуникаций, а не об инфильтрации из искусственных водотоков и водоемов. Реализация второй причины в идеале должна исключаться при грамотном осуществлении проектно-изыскательских работ. К сожалению, так бывает не всегда, и самым ярким негативным примером в этом отношении служит провал, вызвавший в 1998 г. не повлекшее за собой человеческих жертв разрушение двухэтажного дома на улице Большая Дмитровка при проходке под ней коллекторного тоннеля (рис. 2). В ходе изыскательских работ, которые были осуществлены в полном соответствии с действующими нормами (!), здесь была «пропущена» заполненная водонасыщенными песками погребенная эрозионная долина, в которую и «врезался» тоннель.

Карстовые провалы образуются в Москве значительно реже, чем суффозионные, причем в последние годы создается впечатление, что интенсивность образования первых постоянно снижается, а вторых - столь же постоянно увеличивается. Тем не менее, потенциальная опасность карстового провалообразования здесь достаточно ощутима, особенно в северо-западной части города. В последней трети прошлого века в районе Хорошевского шоссе и на прилегающих территориях появилось несколько карстовых провалов, что сопровождалось негативными последствиями различной степени тяжести. Наибольший ущерб был связан с разрушением трех жилых домов, что к счастью обошлось без человеческих жертв.

По сравнению с суффозионными и гравитационными провалами, карстовые провалы, пожалуй, представляют собой наиболее удобный объект для прогнозирования на основе данных стандартных инженерно-геологических изысканий при условии наличия на исследуемой площадке как минимум одной скважины, вскрывающей карстую-щиеся породы. При этом необходимо осознавать, что в Москве карстовое провалооб-разование не всегда бывает вызвано растворением горных пород. Необходимо лишь, чтобы в растворимых породах присутствовала подземная полость или система каналов (рис. 3), которые могли появиться очень давно. Геологические процессы, непосредственно формирующие провал (суффозия, обрушение и др.), провоцируются изменением напряженного состояния грунтовой толщи, изменением уровней подземных вод и динамическими воздействиями на грунты. В любом крупном городе все эти факторы чаще всего имеют техногенное происхождение.

Рис. 3. Керн закарстованного верхнекаменноугольного известняка, извлеченный на глубине 24 м из скважины, пробуренной вблизи Садовой-Черногрязской улицы (Москва, август 2007 г.).

Фото В.П. Хоменко

Необходимая информация о карсте и условиях его развития должна быть получена в ходе инженерно-геологических изысканий, осуществляемых в пределах отдельных площадок. По целому ряду объективных причин в Москве не практикуется оценка карстовой опасности по категориям устойчивости территорий в соответствии с требованиями 5.2.11 СП 11-105-97 Часть II [7]. Обычно площадка предварительно оценива-

ется по степени карстовой опасности на основе схематических карт, присутствующих в действующих на территории Москвы инструктивных и методических документах [1, 4]. Затем эта оценка уточняется по определенным качественным критериям [2] на основе анализа результатов инженерно-геологических изысканий. В последнее время такая оценка все чаще осуществляется в Москве на количественном уровне в виде прогноза условий и параметров карстового провалообразования [9]. Это следует считать необходимым в случае проектирования особо ответственных объектов.

Литература

1. Инструкция по инженерно-геологическим и геоэкологическим изысканиям в г. Москве. М.: Москомархитектура, 2004

2. Инструкция по проектированию зданий и сооружений в районах г. Москвы с проявлением карстово-суффозионных процессов. М.: Мосгорисполком, 1984

3. Москва: геология и город / Гл. ред. В.И.Осипов, О.П.Медведев. М., АО "Московские учебники и Картолитография", 1997

4. Рекомендации по оценке геологического риска на территории г. Москвы. М., ГУП НИАЦ, 2002

5. Саваренский И.А., Миронов H.A. Руководство по инженерно-геологическим изысканиям в районах развития карста. М., ПНИИИС Минстроя России, 1995

6. СНиП 22-02-2003. Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов. Основные положения. М., Росстрой, 2004

7. СП 11-105-97. Инженерно-геологические изыскания для строительства. Часть II. Правила производства работ в районах развития опасных геологических и инженерно-геологических процессов. М., Госстрой России, 2000

8. Хоменко В.П. Закономерности и прогноз суффозионных процессов. М., ГЕОС, 2003

9. Khomenko, V.P., Aleshina L.A. Estimation of sinkhole danger at a one-building's site in Moscow, Russia // Sinkholes and the engineering and environmental impacts of karst. Proc. 11th Multi-disciplinary conference. Tallahasee, Fla., 22-26 Sept. 2008. Geotechnical special publication N 183. Reston, Va.: ASCE, 2008, .p 269-277

Ключевые слова: карст, воронка, карстовые формы, суффозия, грунт, город, техногенез. Key words: a karst, a failure, a funnel, karstic forms, a suffosion, a ground, a city,technogenesis

e-mail: geolog305@yandex.ru

Статья представлена Редакционным советом «Вестника МГСУ»