Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных конференциях: Международный форум молодых ученых «Проблемы недропользования» (СПГГИ (ТУ), Санкт-Петербург, 2007г); Всероссийская конференция-конкурс студентов выпускного года (СПГГИ (ТУ), Санкт-Петербург, 2007г); XLVIII международная конференция (Краковская Горная академия, г. Краков, Польша, 2007 г.); Молодежный форум в рамках горно-металлургической конференции (Фрайбергская горно-металлургическая академия, г. Фрайберг, Германия, 2008 и 2009 г.), «III Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых «Геоэкология и рациональное природопользование: от науки к практике», (Белгородский государственный университет, Белгород, 2009г); Конференция молодых специалистов «Дерзость надежд», посвященная памяти доктора геолого-минералогических наук, члена корреспондента РАН Валерия Александровича Мироненко (2010г); I Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Геология в развивающемся мире» (Пермский государственный университет, г. Пермь, 2010г).
Публикации. Основные результаты диссертации содержатся в 9 опубликованных работах, в том числе три статьи в журналах, входящих в Перечень, рекомендованный ВАК Минобрнауки РФ.
Структура работы.
Диссертация изложена на 197 страницах, состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы из 114 наименований, содержит 57 рисунков, 24 таблицы, 30 фотографий, 3 приложения.
Автор выражает искреннюю признательность за постоянную помощь и поддержку на всем протяжении подготовки диссертационной работы научному руководителю д. г.-м. н. профессору Р. Э. Дашко, автор благодарит: заведующего кафедрой ГиИГ СПГГИ(ТУ) д. г.-м. н. проф. Антонова В. В., д. г.-м. н. проф. Иванова И. П., д. г.-м. н. проф. Сударикова С. М., к. г-м. н. доц. Петрова Н. С., к. г-м. н. доц. Шидловскую А, В., к. г-м. н. Александрову О. Ю., и других сотрудников кафедры за обсуждение материалов диссертации; асс. Котюкова П. В., асп. Панкратову К. В., асп. Ковалеву Е. Н. за содействие в проведении полевых и экспериментальных работ. Автор выражает глубокую благодарность д. б.н. Власову Д. Ю. за помощь в проведении микробиологических исследований.
ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ИХ ОБОСНОВАНИЕ
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. «Площадь Александра Невского-I».
Обследованный эскалаторный тоннель пересекает толщу водонасыщенных песчано-глинистых отложений четвертичного возраста и верхнюю часть разреза наиболее дислоцированной зоны верхнекотлинских глин верхнего венда. Во вмещающей толще прослеживается два водоносных горизонта, а также обводненные прослои песчаников в коренных глинах, химический состав которых дан в приложении 1.
Таблица 1. Природные и техногенные факторы, влияющие на разрушение конструкционных материалов эскалаторного тоннеля ст. м. «Площадь Александра Невского-I».
Природные факторы | Техногенные факторы |
Присутствие генетически слабых водонасыщенных песчано-глинистых отложений с включениями органического вещества. | Влияние искусственного замораживания грунтов на материалы обделки эскалаторного тоннеля на начальном этапе его эксплуатации. |
Снятые либо захороненные болота в пределах зоны их влияния на конструкцию тоннеля. | Наличие привнесенной микробиоты в подземных водах и водоупорах четвертичных отложений. |
Наличие двух водоносных горизонтов в четвертичных отложениях и возможное влияние напорных подземных вод в прослоях песчаников в водоупорной толще верхнекотлинских глин верхнего венда. | Утечки из канализационно-бытовой системы, поступающие из регионального канализационного коллектора, который проходит на глубине 25 м от поверхности. |
Присутствие природной микробиоты в подземных водах и вмещающей эскалаторный тоннель толще пород | Расположение вблизи рассматриваемой территории старинных и действующих кладбищ Александро-Невской Лавры. |
Трещиноватость коренных породах верхнего венда, интенсивность которой возрастает в зонах наличия тектонических разломов. | Влияние динамических и вибрационных нагрузок на материалы несущих конструкций за счет работающих механизмов эскалаторов и транспортных магистралей. |
Эскалаторный тоннель ст. м. «Площадь Александра Невского-I» эксплуатируется более 40 лет в неблагоприятных инженерно-геологических и геоэкологических условиях, под действием которых наблюдается разрушение конструкционных материалов несущих обделок. Основные факторы, которые формируют коррозионную обстановку по отношению к конструкционным материалам, можно разделить на природные и техногенные (табл. 1).
В результате проведенной специализированной съемки состояния несущих обделок эскалаторного тоннеля было зафиксировано растворение и выщелачивание гидроизоляционного слоя, графитизация чугунных тюбингов, что свидетельствует о высокой степени разрушения обделки тоннелей, росте ее проницаемости не только в стыках, но и через тело тюбинга. Разрушение гидроизоляционных материалов (цементов) сопровождается образованием новых соединений, графитизация чугуна приводит к его расслоению. Анализ полученных данных показал, что содержание органических соединений биогенного и абиогенного характера (рис. 1) и других химических компонентов (рис. 2) в водных вытяжках[1] разрушенных материалов коррелирует с химическим составом водоносных горизонтов в разрезе (см. приложение 1).
Тюбинги верхней части эскалаторного тоннеля находятся в зоне влияния наиболее загрязненных грунтовых вод, тюбинг 60 расположен в области воздействия менее загрязненного межморенного водоносного горизонта, максимальное содержание гидрокарбонатов и сульфатов натрия, а также ХПК и БПК5 (тюбинг 31) четко увязывается с положением регионального канализационного коллектора, из которого наблюдаются постоянные утечки (см. рис. 1). Высокое содержание сульфатов (до 834 мг/л), в водных вытяжках свидетельствует о растворении и выщелачивании гипса и гидросульфоалюмината кальция в гидроизоляционном слое. Кроме того, ион SO42- образуется за счет деятельности тионовых бактерий, которые обнаружены в конструкционных материалах в ходе микробиологических анализов.
Расположение нижней части эскалаторного тоннеля в верхнекотлинских глинах верхнего венда (тюбинги 60-78) предопределяет возможность воздействия минерализованных напорных вод, содержащихся в прослоях песчаника, что объясняет постепенное повышение содержания хлоридов до 1400 мг/л и более в водных вытяжках.
Рисунок.1. Изменение значений ХПК и БПК5 водных вытяжек деградированных конструкционных материалов и натечных форм по протяженности эскалаторного тоннеля.
Рисунок 2. Химический состав водных вытяжек, приготовленных из корродированного чугуна и натечных форм, отобранных по всей протяженности эскалаторного тоннеля «Пл. Ал. Невского-I».
Следует отметить также некоторые особенности эксплуатации обделок наклонного тоннеля, связанные с постоянными динамическими и вибрационными нагрузками за счет функционирования механизмов эскалаторов в течение 20 и более часов в сутки. Значения виброскорости, создаваемой эскалаторами, могут достигать 135 дБ или 300 мм/сек, а размер зоны действия высокого уровня составляет до 30 м. При этом амплитуда вибрации тоннельной обделки на некоторых станциях метрополитена при работающих механизмах эскалаторов варьирует от 0,04-0,05 мм/сек. Подобные воздействия оказывают негативное влияние на трещинообразование в конструкционных материалах. Кроме того, по данным биофизических исследований постоянные вибрации приводят к уменьшению количества микроорганизмов за счет разрушения их клеток. Однако, выжившие формы обладают достаточно высокой стойкостью, что доказывается результатами исследований по определению численности микроорганизмов, проведенных в СПбГУ под руководством д. б.н. Д. Ю. Власова, с помощью посевов культур микрофлоры на различных питательных средах.
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.
В настоящее время в историческом центре города в стадии строительства находится ст. м. «Адмиралтейская», которая считается самой глубокой станцией метрополитена в мире. Расположение станции «Адмиралтейская» в районе плотной застройки и использование негативного опыта строительства предыдущих станций, предопределило необходимость принятия мер по предупреждению разрушений старинных зданий в зоне влияния горнопроходческих работ. В 70-80ых гг прошлого века были проведены мероприятия по повышению жесткости сооружений и усилению фундаментов зданий, попавших в зону расчетных деформаций. (Долгих М. В., 1997). Однако, в период строительства подземного вестибюля станции «Адмиралтейская» наблюдались деформации, которые привели к переходу ряда старинных зданий в предаварийное и аварийное состояние.
В диссертации было выполнено численное моделирование сдвижений и деформаций, вызванных сооружением основных выработок станции, которое осуществлялось на основе метода конечных элементов с помощью программы SIGMA. Для анализа была рассмотрена плоская модель (в плоскости перпендикулярной оси станции) с горизонтально залегающими слоями слабых водонасыщенных пород четвертичной толщи и верхнего венда. Используемые показатели механических свойств пород были получены в результате испытаний на установках трехосного сжатия в ходе проведения инженерно-геологических изысканий в районе Исаакиевской площади в 2009г (табл. 2).
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 |
Основные порталы (построено редакторами)