Инженерно-геологическое обоснование условий строительства и эксплуатации подземных транспортных сооружений в пределах исторической части Санкт-Петербурга (стр. 1 )

На правах рукописи

ШАТСКАЯ Елена Юрьевна

Инженерно-геологическое обоснование условий строительства и эксплуатации подземных транспортных сооружений в пределах исторической части Санкт-Петербурга

Специальность 25.00.08 – Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

А в т о р е ф е р а т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата геолого-минералогических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2010

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном институте им.  (техническом университете).

Научный руководитель –

доктор геолого-минералогических наук, профессор

Официальные оппоненты:

доктор геолого-минералогических наук

кандидат технических наук, доцент

Ведущее предприятие – Санкт-Петербургский Государственный Университет кафедра грунтоведения и инженерной геологии

Защита диссертации состоится 28 сентября 2010 г. в 16 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.224.11 при Санкт-Петербургском государственном горном институте им.  (техническом университете) по адресу: 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, ауд. № 000.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института.

Автореферат разослан 27 августа 2010 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ

диссертационного совета

канд. геол.-минерал. наук А. В. ШИДЛОВСКАЯ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Петербургский метрополитен является одним из наиболее глубоких метрополитенов мира. Строительство подземных станций, эскалаторных и перегонных тоннелей в 50х–60х гг прошлого века в ряде случаев сопровождалось переходом в аварийное и предаварийное состояние старинных жилых и архитектурно-исторических зданий постройки 18-19 веков. Развитие больших и неравномерных деформаций зданий в пределах исторической (островной) части города было связано с отсутствием в то время безусадочных технологий проходки в сложных инженерно-геологических, гидрогеологических и геоэкологических условиях.

Большой вклад в изучение влияния строительства метрополитена на устойчивость зданий и сооружений в различные года внесли: , , и др. Изучением инженерно-геологических условий подземной среды для строительства метрополитена занимались: , , и др.

Влияние агрессивности подземной среды на конструкционные материалы в должной мере не учитывалось проектировщиками и строителями, в связи с чем, рассчитанные на 100 лет эксплуатации несущие обделки и гидроизоляция тоннелей в настоящее время требуют капитального ремонта.

Цель работы Установление закономерностей влияния инженерно-геологических и геоэкологических условий с учетом агрессивности компонентов подземной среды на развитие деформаций и длительную устойчивость несущих конструкций перегонных и эскалаторных тоннелей в пределах исторического центра города.

Основные задачи исследований:

1. Изучение особенностей эксплуатации и разрушения несущей обделки эскалаторного тоннеля ст. м. «-I» в условиях развития слабых четвертичных отложений при высокой степени загрязнения компонентов подземной среды. 2. Исследование в ретроспективном и перспективном плане влияния строительства и эксплуатации перегонных тоннелей и подземных станций на устойчивость зданий в исторической части города в зависимости от сложности инженерно-геологических условий и технологии ведения работ. 3. Изучение влияния инженерно-геологических особенностей верхнекотлинских глин верхнего венда в тальвеге и склоновой части глубокой погребенной долины на условия эксплуатации перегонных тоннелей «Невский проспект – Горьковская» и «Гостиный двор – Василеостровская». 4. Установление взаимосвязи развития вертикальных перемещений по трассам вышеназванных перегонных тоннелей при их расположении в различных зонах верхнекотлинских глин ниже подземного контура погребенной долины. 5. Сравнительная оценка коррозионной активности четвертичных отложений (эскалаторные тоннели) с особенностями протекания коррозии обделок перегонных тоннелей в верхнекотлинских глинах венда.

Фактический материал и личный вклад автора. Диссертационная работа подготовлена на основе исследований, проведенных кафедрами гидрогеологии и инженерной геологии и строительства горных предприятий и подземных сооружений СПГГИ (ТУ), в которых автор принимал непосредственное участие, с 2006 года. Участие автора в проведении специализированной съемки эскалаторного и глубоких перегонных тоннелей Петербургского метрополитена с отбором образцов разрушенных конструкционных материалов и натечных форм; проведение экспериментальных исследований для оценки особенностей разрушения несущих обделок, изучения влияния гидродинамического и гидрохимического воздействия напорного водоносного комплекса на деформации тоннелей и разрушение конструкционных материалов; влияние строительства подземных станций на развитие оседания земной поверхности в пределах плотной застройки исторического центра города.

Основные методы исследований: теоретический анализ формирования зонального строения верхнекотлинских глин и агрессивности подземной среды по отношению конструкционным материалам; полевые методы опробования разрушенных обделок и гидроизоляционного слоя, а также водопроявлений; экспериментальные исследования биокоррозии; использование компьютерных технологий моделирования деформаций земной поверхности при строительстве подземной станции и обработки результатов.

Объект исследований.

Эксплуатируемые эскалаторный и перегонные тоннели в исторической части города ст. м. « – I», перегоны «Невский проспект – Горьковская» и «Гостиный двор – Василеостровская», а также строящаяся станция «Адмиралтейская».

Объекты внедрения результатов исследований.

Научно-практические разработки по особенностям развития перемещений перегонных тоннелей в зависимости от зонального строения трещиноватых верхнекотлинских глин и формирования агрессивной подземной среды будет внедряться рядом организаций: «Ленметрогипротранс», , служба ТОИС ГУП «Петербургский метрополитен».

Научная новизна работы:

1. Определено влияние загрязнения водонасыщенной толщи четвертичных отложений на разрушение чугунных обделок и гидроизоляции эскалаторного тоннеля и выявлены деструкторы конструкционных материалов

2. Установлены закономерности развития вертикальных перемещений перегонных тоннелей в зависимости от зонального строения, степени трещиноватости толщи верхнекотлинских глин под палеодолиной Пра-Невы и гидродинамического воздействия вендского водоносного комплекса, а также специфика влияния минерализованных хлоридно-натриевых вод комплекса на несущие конструкции перегонных тоннелей.

3. Выполнен сравнительный анализ агрессивности вмещающей среды, в том числе подземных вод, на особенности протекания коррозии конструкционных материалов в разрезе четвертичных отложений (эскалаторный ход) и в породах верхнего венда (перегонные тоннели).

Защищаемые положения.

1.  Формирование агрессивности подземной среды в зонах интенсивного загрязнения грунтовых вод и четвертичных отложений происходит за счет старинных и действующих кладбищ, погребенных болот и утечек из системы водоотведения, что предопределяет активное коррозионное разрушение чугунных несущих конструкций эскалаторного тоннеля ст. м. «-I».

2.  Строительство подземных станций при наличии мощной толщи слабых водонасыщенных песчано-глинистых отложений в разрезе исторического центра города приводит к развитию деформаций земной поверхности в условиях плотной застройки 18-19 вв., что должно учитываться при обосновании технологий ведения подземных работ с целью сохранения исторического облика города

3.  Характер и динамика развития вертикальных перемещений перегонных тоннелей «Невский проспект – Горьковская» и «Гостиный двор – Василеостровская» зависит от их расположения по отношению к тальвеговой либо склоновой части погребенной долины Пра-Невы, определяющей степень дезинтеграции верхнекотлинских глин и интенсивность комплексного воздействия подземных вод вендского водоносного комплекса

4.  Компонентный состав разрушенных конструкционных материалов и натечных форм в эскалаторном и глубоких перегонных тоннелях зависит от гидрогеохимических условий водоносных горизонтов, воздействующих на обделку, а также техногенных источников загрязнения подземной среды

Практическая значимость работы.

1.  Проведена оценка степени агрессивности подземной среды в толще четвертичных отложений и подземных вод в процессе их загрязнения по отношению к несущим конструкциям и гидроизоляционному слою эскалаторного хода ст. м. “–I”.

2.  Рассчитаны размеры зон влияния и величина деформаций земной поверхности ст. м. «Адмиралтейская» с помощью компьютерного моделирования.

3.  Установлена динамика разрушения конструкционных материалов эскалаторных и глубоких перегонных тоннелей в зависимости от компонентного состава подземных вод и агрессивности вмещающей среды.

4.  Установлено отсутствие влияния глубины заложения тоннелей различного назначения на сохранность их несущих конструкций в условиях подземной среды исторического центра.

Достоверность научных положений и выводов. В диссертационной работе использован большой объем научно-практических и экспериментальных исследований по влиянию особенностей инженерно-геологических и геоэкологических условий на разрушение несущих конструкций (бетон, железобетон и чугун) и гидроизоляционных материалов обделки тоннелей. В основу диссертации положены результаты, полученные в ходе проведения хоздоговорных работ, с непосредственным участием автора: «Обследование перегонных тоннелей и контроль напряженно-деформированного состояния обделок на перегоне “Невский проспект – Горьковская” по I-му и II-му путям Петербургского метрополитена» (2006 г), «Обследование перегонных тоннелей и контроль напряженно-деформированного состояния обделок на перегоне “Гостиный двор – Василеостровская” по I-му и II-му путям Петербургского метрополитена» (2006 г), «Обследование технического состояния строительных конструкций наклонного хода ст. “ I”» (2009 г).