Инженерно-геологическое и гидрогеологическое обеспечение эксплуатационной надежности подземных транспортных сооружений в Санкт-Петербурге

Котюков, Павел Васильевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Инженерно-геологическое и гидрогеологическое обеспечение эксплуатационной надежности подземных транспортных сооружений в Санкт-Петербурге
ВАК РФ 25.00.08, Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Автореферат диссертации по теме "Инженерно-геологическое и гидрогеологическое обеспечение эксплуатационной надежности подземных транспортных сооружений в Санкт-Петербурге"

На правах рукописи КОТЮКОВ Павел Васильевич

ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ И ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ ПОДЗЕМНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СООРУЖЕНИЙ

В САНКТ-ПЕТЕРБУРГЕ (на примере перегонных тоннелей «Елизаровская -Ломоносовская», «Обухове - Рыбацкое»)

Специальность 25.00.08 - Инженерная геология,

мерзлотоведение и грунтоведение

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2010

2 0 щ 2070

004602729

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В.Плеханова (техническом университете).

Научный руководитель -

доктор геолого-минералогических наук, профессор

Дашко Регина Эдуардовна

Официальные оппоненты:

доктор геолого-минералогических наук,

ведущий научный сотрудник

Могилевская Стэлла Евгеньевна,

кандидат технических наук, доцент

Карасев Максим Анатольевич

Ведущее предприятие - Федеральное государственное унитарное предприятие «Севзапгеология».

Защита диссертации состоится 28 мая 2010 г. в 14 ч 30 мин на заседании диссертационного совета Д 212.224.11 при Санкт-Петербургском государственном горном инсгшуте имени Г.В.Плеханова (техническом университете) по адресу: 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2, ауд.4312.

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

Автореферат разослан 27 апреля 2010 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ диссертационного совета канд. геол.-минерал. наук

А.В.ШИДЛОВСКАЯ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Метрополитены относятся к числу уникальных транспортных сооружений с высоким уровнем ответственности, расчетный срок эксплуатации которых превышает 100 лет. В системе общественного транспорта города ГУП «Петербургский метрополитен» выполняет перевозку более 30 % общего пассажиропотока, что составляет в среднем 2,27 млн. человек в день.

Нарушение нормальных условий функционирования перегонных тоннелей метрополитена Санкт-Петербурга приводит к большим материальным и социальным потерям, что заставляет предъявлять особые требования к надежности и безопасности их несущих конструкций (обделок) и гидроизоляции, которые эксплуатируются в сложных инженерно-геологических условиях, при нестабильном гидродинамическом режиме напорных водоносных систем, проявлении газогенерации и коррозионной активности компонентов подземной среды по отношению к конструкционным материалам.

Изучением влияния инженерно-геологических и гидрогеологических условий при проектировании и строительстве перегонных тоннелей Петербургского метрополитена в разные периоды занимались В.Д. Ломтадзе, главные геологи института «Ленметропроект» (позднее ОАО НИПИИ «Ленметрогипротранс») - Е.Б. Дмитриева, Р.Н. Левашова, Р.Н. Кремнева, С.Я. Нагорный (по настоящее время) и др. В развитие расчетных методов устойчивости тоннелей в условиях подземного пространства Санкт-Петербурга большой вклад внесли работы Ю.А. Лиманова, Ю.С. Фролова, Д.М. Голицынского, А.П. Ледяева, Н.С. Булычева, А.Г Протосени и др.

Как показывает опыт функционирования Петербургского метрополитена, значительные затраты на поддержание перегонных тоннелей в рабочем состоянии связаны с недоучетом в практике проектирования, строительства и эксплуатации таких сооружений ряда специфических инженерно-геологических, гидрогеологических и геоэкологических факторов, которые во многом определяют длительную устойчивость, прочность и водонепроницаемость тоннельных конструкций.

Цель работы. Повышение эксплуатационной надежности перегонных тоннелей при воздействии особенностей инженерно-геологических и гидрогеологических условий, в том числе газодинамических явлений и коррозионной активности подземной среды различ-

ной природы по отношению к конструкционным материалам обделок и гидроизоляции.

Основные задачи исследований: 1) анализ теоретических и практических положений обеспечения эксплуатационной надежности перегонных тоннелей при воздействии природных и техногенных факторов; 2) влияние инженерно-геологических, гидро- и газодинамических условий на характер развития вертикальных перемещений тоннелей во времени; 3) изучение особенностей разрушения конструкционных материалов обделок и гидроизоляции перегонных тоннелей под воздействием подземных вод, изменения напряженно-деформированного состояния вмещающей толщи и коррозии различной природы; 4) зонирование трасс тоннелей в зависимости от инженерно-геологических, гидро- и газодинамических условий, определяющих особенности вертикальных перемещений и разрушения конструкций сооружения; 5) разработка рекомендаций по выбору и использованию специальных бактерицидных составов для проведения ремонтных работ обделок тоннелей и их гидроизоляции.

Фактический материал и личный вклад автора. Настоящая работа подготовлена по материалам комплексных работ, проведенных в СПГГИ (ТУ) на кафедрах строительства горных предприятий и подземных сооружений (СГП и ПС) и гидрогеологии и инженерной геологии (Г и ИГ), в которых автор принимал участие, начиная с 2006 года. Личный вклад автора: развитие научно-практических положений обеспечения эксплуатационной надежности перегонных тоннелей с учетом изменчивости инженерно-геологических и гидрогеологических условий по длине трассы и во времени; результаты обследования перегонных тоннелей Петербургского метрополитена с отбором проб разрушенных конструкционных материалов и натечных форм на элементах конструкции обделки, а также фиксацией количества и особенностей проявления течей; проведение экспериментальных исследований для изучения влияния подземных вод различного состава и минерализации на изменение физико-механических свойств верхнекотлинских глин верхнего венда южной части города как среды размещения перегонных тоннелей; оценка особенностей разрушения гидроизоляционных и конструкционных материалов (бетона, железобетона, чугуна) под воздействием подземных вод и микробной деятельности; разработка рекомендаций по обоснованию оптимальных методов защиты подземных транспортных сооружений, в том числе выбор наиболее эффективных составов бакте-

рицидных препаратов для создания конструкционных и гидроизоляционных материалов, устойчивых к биокоррозии в подземном пространстве Санкт-Петербурга.

Основные методы исследований: теоретический анализ влияния специфики инженерно-геологической, гидродинамической и гидрохимической, а также газодинамической обстановок на условия эксплуатации перегонных тоннелей; экспериментальные методы, используемые в инженерной геологии, гидрогеологии и микробиологии; применение компьютерных технологий для обработки результатов исследований.

Научная новизна.

• Установлены закономерности развития перемещений перегонных тоннелей на основе анализа изменения инженерно-геологических и гидрогеологических условий с учетом газодинамических явлений по обследованным трассам и выполнено их зонирование.

• На базе экспериментальных исследований определена природа коррозионных процессов конструкционных материалов тоннелей, что позволяет реализовать дифференцированный подход к обоснованию способов защиты тоннельных конструкций от агрессивного действия вмещающей среды для повышения их эксплуатационной надежности.

Защищаемые положения.

1. Эксплуатационная надежность перегонных тоннелей должна рассматриваться на основе комплексного анализа и оценки особенностей инженерно-геологических, гидродинамических, гидрогеохимических и биохимических условий, определяющих деформации и специфику коррозии конструкционных материалов.

2. Основная вмещающая среда исследуемых перегонных тоннелей - трещиноватые коренные глины верхнего венда и нижнего кембрия, имеют различную деформационную устойчивость и прочность, а также водопроницаемость, предопределяющую возможность восходящего перетекания минерализованных хлоридных натриевых вод высоконапорного вендского водоносного комплекса, миграцию природных газов и их активное взаимодействие с обделкой тоннелей и блоками глинистых пород.

3. Динамику перемещений и характер разрушения конструкционных материалов перегонных тоннелей следует рассматривать с учетом преобразования напряженно-деформированного состояния вмещающей толщи за счет изменения гидродинамического режима водоносных систем в условиях постоянного воздействия компонентов загрязненных и

минерализованных вод, а также влияния газовых флюидов биохимического генезиса.

4. Зонирование трасс перегонных тоннелей, выполненное на базе анализа изменения инженерно-геологических, гидрогеохимических и геоэкологических условий, в том числе специфики развития перемещений тоннелей и характера разрушения их обделки, должно служить основой для дифференцированного подхода к проведению профилактических и/или капитальных ремонтных работ, обеспечивающих работоспособность и длительное функционирование транспортной системы.

Практическая значимость.

• Разработана методика обследования и оценки состояния конструкций перегонных тоннелей, позволяющая на базе визуальных и экспериментальных исследований проводить систематизацию наблюдаемых разрушений для выявления природы коррозионных процессов.

• Предложены принципы зонирования трасс перегонных тоннелей в зависимости от характера их вертикальных перемещений, определяемых особенностями инженерно-геологических условий, гидродинамической и газодинамической обстановок.

• Экспериментально установлена необходимость использования биоустойчивых материалов при проведении ремонтных работ в эксплуатируемых перегонных тоннелях.

• Разработки по обеспечению эксплуатационной надежности перегонных тоннелей могут быть использованы Службой тоннельных сооружений ГУП «Петербургский метрополитен», ОАО НИПИИ «Лен-метрогипротранс», ОАО «Метрострой» и другими научно-исследовательскими и проектными организациями.

Достоверность научных положений и выводов, сформулированных в диссертационной работе, определяется большим объемом теоретических обобщений, полевых обследований и выполненных экспериментальных работ, в том числе по изучению характера и интенсивности разрушения конструкционных материалов (бетона, железобетона, чугуна и др.). В основу диссертации положены результаты исследований, которые проводились в рамках хоздоговорных работ «Обследование перегонных тоннелей и контроль напряженно-деформированного состояния обделок различного типа на участках «Обухово - Рыбацкое» (2006 г.) и «Елизаровская - Ломоносовская» (2007 г., при участии автора), а также при поддержке персональных грантов Правительства

Санкт-Петербурга в 2007 г., СПГГИ (ТУ) и американского фонда гражданских исследований и разработок (CRDF) для аспирантов в 2009 г.

Апробация работы и публикации. Основные положения, изложенные в диссертации, освещались на следующих научных конференциях: Всероссийская (с международным участием) научно-практическая конференция молодых ученых «Геоэкология и рациональное природопользование: от науки к практике» (БелГУ, Белгород, 2007 г.); годичная сессия Научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии «Десятые Сергеевские чтения. Международный год планеты земля: задачи геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии» (ИГЭ РАН, Москва, 2008 г.); Международный форум-конкурс молодых ученых «Проблемы недропользования» (СПГГИ (ТУ), Санкт-Петербург, 2009 г.; диплом за I место), Международная конференция «Геология крупных городов» (Санкт-Петербург, 2009 г.). По теме диссертационной работы опубликовано 8 научных работ, в том числе 1 статья в журнале, входящем в Перечень, рекомендованный ВАК Минобрнауки РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 262 машинописных страницах, состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы из 149 наименований, содержит 36 рисунков, 27 таблиц, 21 фотографию.

Благодарности. Автор выражает глубокую и искреннюю признательность своему научному руководителю д.г.-м.н. проф. Р.Э. Дашко за постоянную помощь и внимание при подготовке диссертационной работы. Автор благодарит: заведующего кафедрой Г и ИГ СПГГИ (ТУ) д.г.-м.н. проф. В.В.Антонова, д.г.-м.н. проф. И.П. Иванова, д.г.-м.н. проф. В.А. Кирюхина, д.г.-м.н. проф. С.М. Сударикова и других сотрудников кафедры за обсуждение результатов работы; к.г.-м.н. A.B. Шидловскую, к.г.-м.н. О.Ю. Александрову, к.г.-м.н. A.B. Волкову, асп. Е.Ю. Шатскую, асп. К.В. Панкратову, маг. Е.К Ковалеву за содействие в проведении полевых и экспериментальных исследований; к.т.н. доц. кафедры СГП и ПС П.К. Тулина за ценные консультации по отдельным вопросам диссертации. Особую благодарность автор выражает д.б.н. доц. СПбГУ Д.Ю. Власову за помощь в организации и проведении микробиологических исследований.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ 1. Эксплуатационная надежность перегонных тоннелей должна рассматриваться на основе комплексного анализа и оценки особенностей инженерно-геологических, гидродинамических, гидро-

геохимических и биохимических условий, определяющих деформации и специфику коррозии конструкционных материалов.

Эксплуатационная надежность перегонных тоннелей и несущих тоннельных конструкций определяется сохранением их прочности и устойчивости в условиях необходимости ограничения деформаций, обеспечения трещиностойкости, водонепроницаемости и высокой сопротивляемости агрессивному воздействию компонентов подземного пространства в течение заданного срока службы, который превышает 100 лет.

Анализ особенностей инженерно-геологической, гидрогеологической и геоэкологической обстановок в юго-восточной части Санкт-Петербурга по рассматриваемым трассам позволил выделить природные и техногенные факторы, которые негативно влияют на несущие тоннельные конструкции с позиций изменения напряженного состояния вмещающей толщи, а также физико-химического, химического и биохимического воздействия на конструкционные материалы (рисунок 1).

Рисунок 1 - Схематизация воздействия природных и техногенных факторов на эксплуатационную надежность работы системы: тоннель - подземная среда

Трасса перегонных тоннелей «Елизаровская - Ломоносовская» проходит в толще верхнекотлинских глин верхнего венда (У2к12) под

двумя погребенными долинами средней глубины (30-40 м) (приложение). Тоннели располагаются над кровлей высоконапорного вендского водоносного комплекса. Особо следует отметить положение свода тоннелей по отношению к тальвегу вышеупомянутых палеодолин: наименьшее расстояние по вертикали составляет около 4,5 - 6,0 м, что имеет принципиальное значение для оценки степени дезинтегрированное™ верхнекотлинских пород.

Хотя тоннели трассы «Елизаровская - Ломоносовская» полностью пройдены в коренных глинах венда, определенное воздействие на условия эксплуатации оказывает четвертичная толща с точки зрения специфики её строения и степени загрязненности. В разрезе четвертичных образований отмечается наличие газогенерирующих межморенных микулинских отложений с максимальной мощностью до 20,0 м (см. приложение). Подземные воды четвертичной толщи характеризуются высокой степенью загрязнения за счет существования постоянных источников контаминации - поверхностных и приповерхностных (захороненное кладбище на территории половины трассы тоннеля, частично снятые и засыпанные болотные массивы, утечки из регионального канализационного коллектора, отходы промышленных предприятий различного профиля и др.).

По трассе перегонных тоннелей «Обухово - Рыбацкое» отмечается варьирование инженерно-геологических разрезов вмещающей толщи (см. приложение). На участке протяженностью 1,8 км тоннель пройден на глубине 73-75 м в верхнекотлинских глинах и находится в зоне влияния двух напорных водоносных систем: вендского комплекса и ломоносовского горизонта. Расстояние от свода тоннеля до подошвы ломоносовских песчаников составляет всего 3,0 м, что создает возможность активного воздействия этого водоносного горизонта на обделку и гидроизоляционный слой тоннелей. Следует также учитывать наличие неглубокой погребенной долины, которая заложена по тектоническому разлому северо-восточного направления и прорезает нижнекембрийскую толщу. В пределах ПК 320-324 (наиболее глубокая часть палеодо-лины) возможна связь ломоносовских песчаников с газосодержащими межморенными водоносными горизонтами, в водах которых присутствуют органические соединения природного и техногенного генезиса.

Начиная с ПК 344, перегонные тоннели входят в толщу относительно слабых водо- и газонасыщенных четвертичных отложений озер-но-ледникового, ледникового и морского генезиса. Особенно следует

обратить внимание на устойчивость тоннелей, которые пройдены в ми-кулинских газогенерирующих суглинках и глинах, содержащих битуминозную органику. Биохимические малорастворимые газы (СН4, N2) способны мигрировать по разрезу в вышележащие и нижележащие слои. Согласно проведенным исследованиям наибольшая концентрация газов приурочена к ПК 337+50-350, где в микулинских отложениях залегают линзы водо-газонасыщенных песков.

Трещиноватость коренных глин сформировалась за счет тектонических и нетектонических факторов, в том числе при выветривании на

этапе длительного континентального развития этих отложений, действии ледниковых покровов и др. Повышенная степень трещиноватости верхне-котлинских и нижнекембрийских глин фиксируется в пределах областей, ослабленных тектоническими разломами и врезами от палеодолин (рисунок 2). Вне тектонических разломов коренные глины имеют зональное строение, что определяет степень изменчивости параметров их прочности (с, <р), деформационной способности (Ео) и водопроницаемости (Кф) как по

Масштаб:

0 2 4 6 Рисунок 2 - Схематическая карта положения кровли коренных пород в юго-восточной части Санкт-Петербурга: О - станция метро;/- тектонические разломы.

длине трассы, так и в зависимости от глубины расположения тоннелей относительно кровли коренных отложений.

По трассе «Елизаровская - Ломоносовская» низкая прочность верхнекотлинских глин (с = 0,05-0,13 МПа, (р = 2-5°) отмечается под тальвегами погребенных долин, приуроченных к зонам разломов северо-западного простирания. Следует отметить, что еще при проходке тоннелей на участке ПК 251-253 фиксировались вывалы объемом IIIS м3. Учитывая трещиноватость верхнекотлинской толщи и относительно невысокие значения прочности, следует принимать во внимание рост горного давления на обделку тоннелей, которое на глубине 75 м может достигать 0,3-0,4 МПа, что несколько ниже несущей способности железобетонного тюбинга (0,5 МПа).

Под склоном палеодолины прочность верхнекотлинских глин в массиве возрастает (с = 0,12-0,43 МПа, <р- 18-23°), однако эту толщу все еще нельзя рассматривать как надежную с точки зрения обеспечения устойчивости тоннельных конструкций. Вне зон влияния погребенных долин перегонные тоннели проходят на максимальном расстоянии от кровли верхнекотлинских глин, которые характеризуются наиболее высокими показателями сопротивления сдвигу в пределах трассы (с = 0,33-0,82 МПа, <р = 11-23°).

Модуль общей деформации коренных глин венда незакономерно изменяется по глубине и характеризуется относительно большим разбросом значений - от 20 до 180 и более МПа.

Водопроницаемость верхнекотлинских глин определяется степенью дезинтеграции вмещающей среды. В зонах тектонических разломов значение Кф трещиновато-блочной толщи достигает 10"' - 10"2 м/сут, что создает условия для активизации перетекания подземных минерализованных (около 3,8 г/дм3) хлоридных натриевых вод из высоконапорного вендского водоносного комплекса в вышележащие слои, вмещающие тоннели. Проведенный анализ результатов обследования трассы показал, что отмечается четкая связь между количеством течей и положением тоннелей относительно контура погребенных долин (рисунок 3). Количество течей на участках тоннелей, пройденных под тальвегом и склоновой частью палеодолин, составляет в сумме 79-99 % от общего количества течей.

Заполнение трещин в глинистой толще хлоридными натриевыми водами будет способствовать протеканию диффузионно-осмотических процессов между фильтрующейся водой и пористыми блоками при от-

сутствии набухания глин. По результатам лабораторных исследований установлено, что действие хлоридно-натриевых растворов с минерализацией 3,8 г/дм3 переводит верхнекотлинские глины в квазипластичное состояние (<р = 0, с Ф 0), при этом наблюдается снижение сцепления глин почти в два раза.

□ вне палеодолин

□ под склоном палеодолины ЕЗ под тальвегом погребенной долины

«S (Ч

сч

219

■

2000

2002

2004

2006 2007

Год обследования

Примечание: над гистограммами указано абсолютное кол-во течей на 1 км трассы

Рисунок 3 - Количество выявленных течей в несущих конструкциях тоннелей от их расположения относительно элементов погребенных долин (20002006 гг., Служба тоннельных сооружений ГУП «Петербургский метрополитен»; 2007 г. - данные СПГГИ (ТУ)).

Трасса перегонных тоннелей «Обухово - Рыбацкое» пересекает на участке ПК 341-343 верхнюю наиболее ослабленную и трещиноватую толщу нижнекембрийских глин мощностью 15,0 м. В верхней зоне сцепление «синих» глин варьирует в пределах 0,035-0,22 МПа, угол внутреннего трения - 0-8°, а модуль общей деформации - 15-25 МПа.

Повышенная трещиноватость нижнекембрийских отложений как вмещающей среды тоннелей по трассе «Обухово - Рыбацкое» создает условия для нисходящего перетекания загрязненных вод четвертичного водоносного горизонта в определенных гидродинамических условиях.

В общем случае характер перемещений по трассе перегонных тоннелей определяется результатом от действия следующих составляющих давлений:

АР = Рт+Рпр-РАН~Ргд, 0)

где Рт - давление, создаваемое массой тоннельной конструкции, МПа; Р - давление от собственной массы пород на конструкцию тоннеля,

МПа; Рш - противодавление от действия напора вендского водоносного комплекса, которое может варьировать по величине в зависимости от степени трещиноватости водоупора, целостности конструкции тоннелей, МПа; при разгрузке подземных вод в тоннель происходит локальное снижение напоров и величина противодавления уменьшается в зоне депрессии; Ргд - газодинамическое противодавление, создаваемое

мигрирующими малорастворимыми газами, которые заполняют поры и трещины пород, а также насыщают подземную воду, значительно повышая давление в газо-водосодержащем пласте, МПа.

Для анализа особенностей перемещения тоннелей по исследованным трассам были использованы результаты многолетних геодезических наблюдений за установленными в перегонных тоннелях реперами, предоставленные Службой тоннельных сооружений ГУП «Петербургский метрополитен».

Перегонные тоннели по грассе «Елизаровская - Ломоносовская» испытывают преимущественно деформации оседания, величина которых не превышает 60 мм, и только в пределах ПК 256 - 259 тоннельные конструкции испытывают подъем до 7,5 мм за счет развития противодавления при действии газодинамического давления и взвешивающего эффекта напорных вод (см. приложение).

Агрессивность вендского водоносного комплекса, химический состав вод которого характеризуется высоким содержанием хлоридов, ионов натрия и калия с минерализацией, превышающей 3,8 г/дм3, вызывает последовательное разрушение гидроизоляции и затем несущих обделок тоннелей. При напорах более 3 атм. плотные бетоны становятся проницаемыми для хлоридных натриевых вод.

Фильтрация напорных минерализованных вод через тело обделки вызывает растворение и вынос гидроксида кальция и магния из порово-го пространства цементного камня бетонной конструкции, а также деградацию цементных минералов - гидросиликатов и гидроалюминатов кальция, что приводит к увеличению проницаемости несущих конструкций и снижению их прочности. В местах стыков отдельных блоков и на их поверхности образуются натечные формы - сталактиты, наросты

и высолы (рисунок 4). Анализ химического состава водных вытяжек, приготовленных из натечных форм и разрушенных конструкционных материалов, показал, что почти во всех пробах отмечается высокое содержание хлоридов - до 112,0 г/дм3, натрия и калия - до 85,6 г/дм3 (таблица 1). Кроме того, в водных вытяжках зафиксированы повышенные содержания кремниевой кислоты, алюминия и сульфатов. Концентрации сульфатов связаны с выносом компонентов расширяющегося цемента «гидрорубашки», а также с деятельностью тионовых бактерий. На активную жизнедеятельность микроорганизмов указывают аномально высокие значения ХПК и БПК5 в водных вытяжках.

Таблица 1 - Результаты исследований химического состава водных вытяжек из разрушенных конструкционных материалов и натечных форм по трассе «Елизаровская - Ломоносовская»_

Определяемые показатели и их размерность Численные значения показателей химического состава водных вытяжек

Разрушенная обделка Сталактиты бурого цвета Высолы белого цвета Сталактиты с ребер жесткости

Железобетон Чугун

рН, ед. рН 8,8 7,8 9,2 7,8 9,4

Перманг. окисл., мг02/дм3 254,28 114,80 6258,0 614,8 541,9

ХПК, мгСУдм3 914,50 631,20 12143,0 1248,9 817,2

БПК5> мг02/дм3 101,30 89,40 95,6 315,5 111,3

Жесткость, ммоль/дм3 4,0 21,0 15,0 21,0 37,0

Аммоний, мг/дм3 10,10 6,0 33,2 9,4 17,2

Хлориды, мг/дм3 6381,0 6664,60 67355,0 112022,0 90043,0

Гидрокарбонаты, мг/дм3 67,40 61,30 9972,0 61,3 85,2

Сульфаты, мг/дм3 29,50 154,50 2727,0 5272,0 34542,0

Карбонаты, мг/дм3 2,50 <1,0 1345,0 <1,0 18,7

Нитраты, мг/дм3 3,60 1,0 <0,5 3,6 1,5

Кремниевая кислота, мг/дм3 13,70 13,10 304,3 37,2 15,3

Гидроксиды, мг/дм3 <1,0 <1,0 <1,0 <1,0 <1,0

Натрий + калий, мг/дм3 4082,50 3943,10 69828,0 76170,0 85621,0

Кальций, мг/дмЗ 62,40 315,90 227,4 318,5 558,2

Магний, мг/дмЗ 10,80 64,20 45,6 65,2 108,5

Алюминий, мг/дм3 11,60 0,92 0,92 4,8 14,6

Железо общее, мг/дм3 0,10 0,01 0,65 0,39 0,27

Сухой остаток, мг/дм3 10639,0 11203,80 173056,0 193933,0 210986,0

Сталактит в болтовом соединении радиального стыка (ПК 247+90)

Формирование дендритоподобных наростов и высолов (ПК 250+06)

Трещинообразование в кольцевом стыке, высолы (ПК 250+03)

Течи из стыков между блоками железобетонной обделки, высолы (ПК 257+73)

Вытекание битумов из технологических отверстий и стыков чугунной обделки (от ПК 266+83 до 266+93)

Течи из стыков блоков с образованием натечных форм за счет продуктов выноса (от ПК 324+85 до 324+87)

Формирование высолов и сталактитов смешанного состава на чугунных тюбингах (ПК 337);

Разрушение монолитного железобетона, установленного в процессе проведения ремонта обделки в 2001 г. (ПК349+79)

Рисунок 4 - Разрушение железобетонных и чугунных обделок с образованием натечных форм в перегонных тоннелях по трассам: а, б, в, г, д - «Елизаровская - Ломоносовская»; е, ж, з, и, к - «Обухово - Рыбацкое».

Графитизированный фильтрующий чугун (ПК 339+35)

Глубокое коррозионное разрушение железобетонной рубашки, установленной внутри чугунной обделки (ПК 343+95)

В пробах из разрушенных конструкционных материалов (бетонов и чугунов) обнаружены методом посевов различные физиологические группы бактерий, в том числе тионовые, нитрифицирующие бактерии, железобактерии и др., при этом содержание гетеротрофов достигает 107 кл в 1 г субстрата. Исследования, проведенные в СПбГУ под руководством д.б.н. Д.Ю. Власова, показали, что видовой и родовой состав микроорганизмов-деструкторов довольно разнообразен. В деградированных материалах перегонных тоннелей под погребенными долинами обнаружено более 60 видов микромицетов численностью до 1400 коло-ниеобразующих единиц (КОЕ). Зафиксирована четкая взаимосвязь между количеством течей и величиной КОЕ (рисунок 5).

| 247 249 251 253 255 257 259 261 263 265 267 269

36 пикеты

Рисунок 5 - Связь активности водопроявлений (течей) во времени по трассе с количеством определенных групп микромицетов (КОЕ)

На одном из участков трассы «Елизаровская - Ломоносовская», пройденном ниже микулинских отложений, наблюдается активное разрушение и вытекание из технологических отверстий обделок битума, который использовался как гидроизоляционный материал. В пробах деградированного битума отмечалось наибольшее разнообразие и численность микрофлоры. В разрушении битумов участвуют микроорганизмы микулинских отложений, ориентированные на утилизацию битуминозной органики.

Перемещения тоннелей по трассе «Обухово - Рыбацкое» носят контрастный характер (см. приложение). В пределах верхнекотлинской толщи тоннели испытывают относительно небольшие деформации оседания (до 15 мм), которые возрастают по мере приближения тоннелей к верхнему дезинтегрированному слою коренных глин. На участке ПК 338 - 342, где вмещающей средой служат менее прочные нижнекембрийские глины, отмечается интенсификация процессов оседания тоннеля. С ПК 342+5 по ПК 347 тоннель пересекает слабые газонасыщенные песчано-глинистые отложения, содержащие отдельные линзы напорных вод. Модуль общей деформации этих пород в процессе их газо-

насыщения может снижаться до 5 МПа и ниже. Максимальные значения оседания (84 мм) связаны с наиболее газонасыщенными слоями межморенных образований (ПК 343+79 - 346+45). На ПК 347 тоннель входит в суглинки лужской морены, которые являются более плотными, прочными и в меньшей степени деформируемыми, соответственно происходит изменение характера и величины перемещений. Деформации оседания на ПК 346 сменяются подъемом тоннеля на ПК 347+50 и затем незначительным опусканием на ПК 348+5 с переходом через ноль деформаций на ПК 348. Подъем на ПК 347+50 вызван газодинамическим давлением в контактной зоне с межморенной толщей.

Следует отметить, что в пределах трассы «Обухово - Рыбацкое» активно протекают процессы биокоррозии чугунных тюбингов, что подтверждается аномально высокими значениями БПК5 (до 2227,0 мг02/дм3) в водных вытяжках, приготовленных из образцов расслоенного чугуна, а также данными исследования бактериальной массы проб разрушенных конструкционных материалов и натечных форм (таблица 2). Среди микроорганизмов, определенных в деградированных материалах, доминируют железобактерии, тионовые и нитрифицирующие бактерии.

Таблица 2 - Величина бактериальной массы (БМ)* в деградированных материалах перегонных тоннелей «Обухово - Рыбацкое» (СПГГИ(ТУ))

Место отбора пробы ПК 321+35 ПК 322+81 ПК 324+87 ПК 343+99

Значение БМ мкг/г 142 137,5 112,5 104,0

Тип натечных форм Разрушенный чугун со слизью Выщелоченный тампонажный раствор Натечные формы на обделке Выщелоченный тампонажный раствор со слизью

Примечание: * - величина БМ показывает суммарное содержание микробного белка живых и мертвых клеток микроорганизмов, а также продуктов их метаболизма, определенного по методу Дж. Бредфорд; фоновые значения БМ близки к нулю.

чивающих работоспособность и длительное функционирование транспортной системы.

В пределах трассы «Елизаровская - Ломоносовская» выделено 4 зоны (см. приложение). I зона (ПК 247+30 - 249+30) - тоннель размещается под склоновой частью погребенной долины при отсутствии в разрезе четвертичной толщи микулинских отложений. Для этой зоны характерны перемещения оседания тоннелей с незначительной амплитудой их изменения по длине участка и умеренное протекание коррозионных процессов. II зона (ПК 249+30 - 256+40) - трасса протягивается под погребенной долиной. В четвертичной толще повсеместно развиты микулинские отложения. Отмечается тенденция к уменьшению деформаций оседания тоннелей при действии взвешивающего газодинамического давления и интенсификация коррозии обделок. III зона (ПК 256+40 - 261+20) - трасса располагается под склоном погребенной долины и характеризуется максимальными деформациями подъема за счет газодинамических процессов. На ПК 256 - 259 возрастает величина относительных деформаций до п*(10"4 - 10"5), что вызывает образование трещин в обделке при развитии деформаций растяжения и изгиба. IV зона (ПК 261+20 - 272) проходит под склоном и тальвегом палеодоли-ны и отличается развитием пилообразных деформаций оседания. В пределах ПК 270+20 микулинские слои залегают непосредственно на трещиноватых коренных глинах, что благоприятствует миграции газов во вмещающую тоннель толщу. На ПК 262+73 тоннель проходит на глубине 4,5 м от контакта коренных глин с четвертичными отложениями, где поступление жидких и газообразных компонентов способствует развитию коррозии обделки тоннелей и битумной гидроизоляции.

В пределах трассы «Обухово - Рыбацкое» выделено 3 зоны (см. приложение). I зона (ПК 316 - ПК 336+50) - тоннели располагаются в толще относительно прочных и устойчивых верхнекотлинских глин венда, при этом тоннельные конструкции по длине трассы испытывают неравномерные деформации небольшой амплитуды (до 15 мм). Железобетонные тюбинги на всем протяжении зоны, и особенно в пределах тальвега палеодолины (ПК 322-326), характеризуются повышенной проницаемостью за счет коррозии различной природы. В пределах II зоны (ПК 336+50 - 342+50) трасса проложена в трещиноватых нижнекембрийских глинах. На участке отмечаются деформации оседания тоннелей, величина которых достигает 28 мм, а также интенсивная коррозия чугунных тюбингов и гидроизоляционных материалов за счет

биохимических и химических процессов. III зона (ПК 342+50 - 349) -перегонные тоннели пересекают микулинские водо- и газонасыщенные отложения. На ПК 344 зафиксирована максимальная величина оседания тоннельных конструкций (83 мм) по всей длине трассы, а на ПК 345+50 перемещение тоннелей носит малоамплитудный характер. Относительная продольная деформация между ПК 344 и ПК 345+50 составляет 4*10 , что способствует формированию трещин растяжения в обделке. Наличие растворимых газов (СОг и Н25), а также окисление метана с образованием С02 резко повышают агрессивность подземных вод межморенного горизонта к бетонам и чугунам. На ПК 343+79 - 346+45 вмещающей средой служат микулинские отложения, в которых отмечается наибольшая интенсивность биокоррозии, что привело к разрушению чугунной обделки. В процессе ремонтных работ был применен монолитный железобетон, однако в настоящее время наблюдается его деградация под действием вод, содержащих растворенный НгБ и богатый биоценоз.

По исследованным трассам перегонных тоннелей наихудшее состояние обделок фиксируется на участках, где процессы коррозии конструкционных материалов, вызванные агрессивным воздействием минерализованных хлоридных натриевых вод вендского водоносного комплекса, протекают совместно с биокоррозией. Использование в качестве гидроизоляционных материалов битумов и пакли должно быть исключено, так как они легко утилизируются различными формами микробиоты. При проведении ремонтных работ на таких участках можно рекомендовать применение специальных бактерицидных составов в качестве добавок к гидроизоляционным (тампонажным) растворам.

Поиск эффективных бактерицидных составов для приготовления биостойких конструкционных материалов обделок и гидроизоляции перегонных тоннелей Петербургского метрополитена проводился в СПбГУ под руководством д.б.н. Д.Ю. Власова. Из 10 современных препаратов от отечественных и зарубежных производителей полное подавление деятельности микроорганизмов, культивируемых на питательных средах, отмечено при добавлении биоцидных составов АНТИ-В, Нью-жавел и Биопаг-Д.

Заключение

Диссертация представляет собой законченную научно-квалификационную работу, в которой содержится решение актуальной задачи инженерно-геологического и гидрогеологического обеспечения

эксплуатационной надежности перегонных тоннелей Петербургского метрополитена в сложных инженерно-геологических и гидрогеологических условиях с учетом газодинамических явлений и активно протекающих процессов биокоррозии.

1. Эксплуатационная надежность перегонных тоннелей, пройденных в коренных глинах верхнего венда и нижнего кембрия, должна определяться с учетом природных и техногенных факторов, в том числе, структурно-тектонической обстановки, специфики инженерно-геологических условий, изменения гидродинамического режима напорных водоносных систем, газодинамических процессов, а также активности подземной микробиоты.

2. Обследование трасс эксплуатируемых перегонных тоннелей в юго-восточной части города «Елизаровская - Ломоносовская», «Обухо-во - Рыбацкое» и анализ многолетних наблюдений за характером их вертикальных перемещений с учетом изменения инженерно-геологических и гидрогеологических условий по трассам, дали возможность установить закономерности развития абсолютных и относительных деформаций конструкций, а также специфику разрушения обделок на основе выполненных экспериментальных исследований с привлечением микробиологических методов.

3. Рассмотрено воздействие высоконапорных горизонтов хлорид-ных натриевых вод, а также газодинамических явлений на особенности перемещений тоннелей по вышеназванным трассам, причем действие газодинамики в толще четвертичных отложений может приводить к подъему тоннельных конструкций и резкому повышению величины относительной деформации, что вызывает трещинообразование в обделках и гидроизоляционном слое.

4. Доказана определяющая роль микроорганизмов в разрушении конструкционных материалов по исследованным трассам. Биокоррозия значительно ускоряет во времени процесс деградации бетона, железобетона, чугуна и битума, что требует применения специальных мер защиты для обеспечения эксплуатационной надежности перегонных тоннелей.

5. Даны рекомендации по выбору наиболее эффективного состава биоцидного препарата для создания устойчивых к биокоррозии конструкционных материалов и гидроизоляционных (тампонажных) растворов, которые могут быть использованы при строительстве и ремонте перегонных тоннелей Петербургского метрополитена.

Список основных публикаций по теме диссертации

1. ДашкоР.Э. Исследование биоагрессивности подземной среды Санкт-Петербурга по отношению к конструкционным материалам транспортных тоннелей и фундаментов / Р.Э. Дашко, П.В. Котюков // Записки Горного института. Современные проблемы горной науки. Т.172. - СПб, 2007. - С. 217-220.

2. Дашко Р.Э. Инженерно-геологическая и геоэкологическая оценка биокоррозии строительных материалов в подземном пространстве Санкт-Петербурга / Р.Э. Дашко, П.В. Котюков // Эколого-геологические проблемы урбанизированных территорий: Сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции (19-20 декабря 2006 г.). - Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2006.-С. 18-21.

3. Дашко Р.Э. Микроорганизмы в подземном пространстве: их роль в разрушении строительных конструкций (на примере Санкт-Петербурга) / Р.Э. Дашко, П.В. Котюков // Гидроизоляционные и кровельные материалы: Сборник докладов 4-ой Международной научно-технической конференции (1718 апреля 2007 г.). - СПб.: АНТЦ «АЛИТ», 2007. - С. 103-107.

4. Котюков П.В. Биокоррозия конструкционных материалов в подземном пространстве (на примере Санкт-Петербурга) // Геоэкология и рациональное природопользование: от науки к практике: Материалы Всероссийской (с международным участием) научно-практической конференции молодых ученых (15-17 октября 2007 г.). - Белгород, БГУ, 2007. - С. 141-143.

5. Дашко Р.Э. Некоторые экологические проблемы в инженерной геологии / Р.Э. Дашко, П.В. Котюков // Современные проблемы гидрогеологии, эко-геологии и инженерной геологии: Международный межвузовский сб. научных статей - Новочеркасск: Оникс+, 2007. - С. 239-250.

6. Дашко Р.Э. Влияние газогенерации в четвертичных отложениях Санкт-Петербурга на условия эксплуатации перегонных тоннелей метрополитена / Р.Э. Дашко, П.В. Котюков, Е.Ю. Шатская // Сергеевские чтения. Международный год планеты Земля: задачи геоэкологии, гидрогеологии и инженерной геологии. Выпуск 10. -М.: ГЕОС, 2008. - С. 208-213.

7. Котюков П.В. Анализ и оценка деформаций и эксплуатационной надежности подземных транспортных тоннелей в зависимости от инженерно-геологических условий (на примере Санкт-Петербурга) // Многообразие современных геологических процессов и их инженерно-геологическая оценка: Труды Международной научной конференции (Москва, МГУ, 29-30 января 2009 г.) - М.: Изд-во МГУ, 2009. - С. 147-148.

8. Дашко Р.Э., Особенности оценки уязвимости и разрушения конструкционных материалов транспортных сооружений в подземном пространстве Санкт-Петербурга / Р.Э. Дашко, П.В. Котюков // Проблемы снижения природных опасностей и рисков: Материалы Международной научно-практической конференции «ГЕОРИСК-2009». TI. - М.: РУДН, 2009. - С. 263-268.

В к A fijyu^

а) Ст. метро

Усл. отм.*, м «Елизаровская» 100,0

Ст. метро «Ломоносов

273 Номера

пикетов (ПК)

• 1979 г.

1989 г.

1998 г.

б)

Усл. отм.*, м Ст. метро «Обухово» 110,0

Ст. метро «Рыбацкое»

Номера пикетов (ПК)

Условные обозначения:

tlV - техногенные пески и супеси с включениями строительного мусора; mlVIt - литориновые супеси, пески и суглинки, содержащие органические остатки;

]glllvd3lzb (lgllllz) - озерно-ледниковые ленточные суглинки и глины с линзами песка и супесей;

glllvd3lz (gllllz) - суглинки лужской морены с включениями гравия и

гальки, с линзами и прослоями водонасыщенных супесей и песка;

mlllmk - микулинские тонкослоистые суглинки, глины и мелкозернистые

пески с прослоями битуминозной органики, часто газогенерирующие;

lgllms - позднеледниковые слоистые суглинки и глины;

glims - суглинки московской морены с галькой и валунами;

Q-C, - переходный слой, представленный перемятыми глинами нижнего

кембрия с редкими включениями гравия, гальки и валунов;

Q-V2kt2 - гляциодислоцированные верхнекотлинские глины верхнего

венда;

£isv - нижнекембрийские глины сиверской свиты с прослойками кварцевых песчаников;

С,1ш - нижнекембрийские ломоносовские песчаники;

y2kt2 - плотные тонкослоистые верхнекотлинские глины верхнего венда,

часто трещиноватые, с прослоями песчаников;

У2к^ - нижнекотлинские песчаники верхнего венда с прослоями глин;

- схематическое положение тектонического разлома в разрезе; — $ - напор и положение пьезометрической поверхности подземных вод; ^ - направление перетекания минерализованных (около 3,8 г/дм3) хлоридных натриевых вод из вендского водоносного комплекса в вышележащие отложения;

Н - величина напора подземных вод; V - участки газопроявлений;

- направление действия газодинамического давления.

Примечание: * - при построении разрезов использована условная система координат для абсолютных отметок.

Приложение - Схематические геолого-литологические разрезы с графиками развития перемещений тоннелей по трассам:

а) «Елизаровская - Ломоносовская»; б) «Обухово - Рыбацкое».

РИД СПГГИ. 22.04.2010. 3.208. Т.100 экз. 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Котюков, Павел Васильевич

Введение.

Глава 1. Современное состояние проблемы развития теории и практики эксплуатационной надежности функционирования подземных транс- 9 портных сооружений.

1.1 Краткий обзор истории развития теории надежности подземных транспортных сооружений как одного из направлений общей 9 теории надежности.

1.2 Эксплуатационная надежность и понятие отказа подземных транспортных сооружений.

1.3 Использование методов механики горных пород и механики подземных сооружений для оценки эксплуатационной надежности 29 подземных транспортных сооружений.

1.4 Принципы инженерно-геологической и гидрогеологической оценки и обеспечения эксплуатационной надежности подземных 39 транспортных сооружений.

Глава 2. Анализ структурно-тектонических, инженерно-геологических, гидрогеологических и геоэкологических условий по трассам перегон- 50 ных тоннелей.

2.1 Специфика геоэкологического состояния в разрезе трасс тоннелей: природные и техногенные источники контаминации.

2.2 Особенности структурно-тектонических и геолого 60 литологических условии по трассам тоннелей.

2.3 Гидрогеологическая обстановка по трассам перегонных тонне- 74 лей.

2.4 Инженерно-геологическая характеристика отложений по трассам 85 тоннелей: вмещающие породы и четвертичная толща.

2.5 Развитие природно-техногенных процессов, определяющих раз- ^ рушение обделок в период эксплуатации перегонных тоннелей.

Глава 3. Закономерности и природа разрушения конструкционных ма- ^ териалов тоннельных обделок.

3.1 Систематизация визуальных форм разрушения обделок перегонных тоннелей.

3.2 Результаты экспериментальных исследований разрушенных конструкционных материалов и натечных форм.

3.3 Исследование биокоррозии конструкционных материалов по трассам перегонных тоннелей.

Глава 4. Зонирование трасс тоннелей на основе анализа характера развития их перемещений с учетом инженерно-геологических и гидро- 185 газодинамических условий.

4.1 Связь перемещений перегонных тоннелей с особенностями инженерно-геологических и гидрогеологических условий.

4.2 Принципы зонирования перегонных тоннелей в зависимости от характера развития деформаций и разрушения конструкций обделок.

Глава 5. Разработка рекомендаций по обеспечению эксплуатационной надежности перегонных тоннелей по трассам «Елизаровская- 214 Ломоносовская» и «Обухово-Рыбацкое».

5.1 Общие принципы подхода к обеспечению защиты обделок пере- ^ 4 гонных тоннелей от коррозии.

5.2 Исследование биоцидных составов для антимикробной защиты ^ конструкционных материалов.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Инженерно-геологическое и гидрогеологическое обеспечение эксплуатационной надежности подземных транспортных сооружений в Санкт-Петербурге"

Актуальность работы. Метрополитены относятся к числу уникальных транспортных сооружений с высоким уровнем* ответственности, расчетный* срок эксплуатации которых превышает 100 лет. В системе общественного транспорта города ГУП «Петербургский метрополитен» выполняет перевозку более 30 % общего пассажиропотока, что составляет в среднем 2,27 млн. человек в день.

Нарушение нормальных условий функционирования' перегонных тоннелей метрополитена Санкт-Петербурга* приводит к большим материальным и социальным потерям, что заставляет предъявлять особые требования- к надежности и безопасности их несущих конструкций у (обделок) и гидроизоляции, которые эксплуатируются в сложных инженерно-геологических условиях, при нестабильном гидродинамическом" режиме напорных водоносных систем, проявлении газогенерации и коррозионной активности1 компонентов подземной среды по отношению к конструкционным материалам.

Изучением влияния инженерно-геологических и гидрогеологических-условий при проектировании и строительстве перегонных, тоннелей Петербургского метрополитена в разные периоды занимались В.Д. Ломтадзе, главные геологи института «Ленметропроект» (позднее ОАО НИПИИ «Ленметрогипротранс») - Е.Б. Дмитриева, Р.Н. Левашова, Р.Н. Кремнева, С.Я. Нагорный (по настоящее время) и др. В развитие расчетных методов устойчивости тоннелей в условиях подземного пространства Санкт-Петербурга большой вклад внесли работы Ю.А. Лиманова, Ю.С. Фролова, Д.М. Голицынского, А.П. Ледяева, Н.С. Булычева, А.Г Протосени и др.

Как показывает опыт функционирования Петербургского метрополитена, значительные экономические затраты на поддержание перегонных тоннелей в рабочем состоянии связаны с недоучетом в практике проектирования, строительства и эксплуатации этих уникальных сооружений ряда специфических инженерно-геологических, гидрогеологических и геоэкологических факторов, которые во многом1 определяют длительную -устойчивость, прочность,и водонепроницаемость тоннельных конструкций.

Цель работы. Совершенствование принципов эксплуатационной надежности перегонные тоннелей при воздействии' особенностей инженерно-геологических и гидрогеологических условий, в том числе * газодинамических явлений и коррозионной активности подземной среды различной природы по отношению к конструкционным'материалам обделок и гидроизоляции.

Основные задачи исследований:

1) анализ теоретических и практических положений обеспечения эксплуатационной надежности перегонных тоннелей • при воздействии природных и техногенных факторов;

2) влияние инженерно-геологических, гидро- и газодинамических условий на характер развития вертикальных перемещений тоннелей во, времени;

3) изучение особенностей разрушения конструкционных материалов обделок и гидроизоляции перегонных тоннелей под воздействием подземных вод, изменения напряженно-деформированного состояния вмещающей толщи и коррозии различной природы;

4), зонирование трасс тоннелей в зависимости от инженерно-геологических, гидро- и газодинамических условий, определяющих особенности вертикальных перемещений и разрушения конструкций сооружения;

5) разработка рекомендаций по выбору и использованию специальных бактерицидных составов для проведения ремонтных работ обделок тоннелей и их гидроизоляции.

Защищаемые положения. На защиту выносятся» следующие, основные положения.

1. Эксплуатационная i надежность перегонных тоннелей должна рассматриваться- на основе комплексного анализа и оценки особенностей инженерно-геологических, гидродинамических, гидрогеохимических и биохимических условий, определяющих деформации и специфику коррозии конструкционных материалов.

2. Основная^ вмещающая,- среда исследуемых перегонных тоннелей — трещиноватые коренные глины верхнего венда- и нижнего кембрия, имеют различную деформационную устойчивость и прочность, а- также водопроницаемость, предопределяющую возможность восходящего перетекания минерализованных хлоридных натриевых вод высоконапорного вендского водоносного'комплекса, миграцию природных газов и их активное взаимодействие с обделкой тоннелей и блоками глинистых пород.

3". Динамику перемещений- и характер разрушения конструкционных материалов перегонных тоннелей следует рассматривать с учетом преобразования напряженно-деформированного-состояния вмещающей толщи-за счет изменения гидродинамического режима водоносных систем в условиях постоянного воздействия компонентов загрязненных и минерализованных вод, а также влияния газовых флюидов биохимического генезиса.

Достоверность научных положений и выводов, сформулированных в-диссертационной работе, определяется большим объемом теоретических обобщений, полевых обследований, и выполненных экспериментальных работ, в том числе по изучению характера и интенсивности разрушения конструкционных материалов (бетонов, железобетона, чугуна и др.). В основу диссертации положены результаты исследований, которые выполнялись в рамках хоздоговорных работ «Обследование перегонных тоннелей и контроль напряженно-деформированного состояния' обделок различного типа на участках «Обухово - Рыбацкое» (2006 г.) и «Елизаровская* — Ломоносовская» (2007 г., при участии автора), а также при поддержке персональных грантов Правительства Санкт-Петербурга в 2007 г., СПГГИ (ТУ) и американского фонда гражданских исследований и разработок (GRDF) для аспирантов- в 2009 г.

Практическая значимость. Разработки по обеспечению эксплуатационной надежности подземных транспортных сооружений путем внедрения рекомендаций по совершенствованию конструкционных и гидроизоляционных материалов в зависимости от инженерно-геологических и гидрогеологических условий по трассе тоннелей готовы для передачи заинтересованным научно-исследовательским и проектным организациям, занимающимися проблемами проектирования, строительства и эксплуатации метрополитенов (ОАО НИПИИ «Ленметрогипротранс», ОАО «Метрострой», служба тоннельных сооружений ГУЛ «Петербургский метрополитен»).

2008 г.); Международный1 форум-конкурс молодых ученых «Проблемы недропользования» (СПГТИ(ТУ), Санкт-Петербург, 2009 г.; диплом за I место), Международная конференция «Геология крупных городов» (Санкт-Петербург,

2009 г.). По теме диссертационной работы опубликовано 8 научных работ, в том числе в журнале, входящем в перечень, рекомендованный ВАК Минобрнауки РФ.

Заключение Диссертация по теме "Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение", Котюков, Павел Васильевич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Рассмотрены современные положения общей теории надежности подземных транспортных сооружений и отмечено, что в отношении перегонных тоннелей метрополитенов понятие эксплуатационной надежности трактуется преимущественно с вероятностно-статистических позиций, что подразумевает определенное абстрагирование от природы явлений и процессов, протекающих в системе: тоннельные конструкции - вмещающая среда, а также излишнюю схематизацию подходов к оценке условий функционирования таких уникальных сооружений и к расчетам их устойчивости. Подобные допущения часто приводят к значительным затратам на преждевременные ремонтные работы несущих конструкций перегонных тоннелей (обделок) и их гидроизоляции, а в некоторых случаях являются причиной нарушения безопасной эксплуатации подземных транспортных систем в Санкт-Петербурге, особенно в сложных инженерно-геологических и гидрогеологических условиях при неустойчивом гидродинамическом режиме напорных водоносных комплексов и горизонтов, локальных газодинамических явлениях в подземном пространстве и высоком уровне коррозионной агрессивности вмещающей среды.

2. В рамках развития «физического» (инженерного) направления теории надежности подземных транспортных сооружений введен термин «эксплуатационная надежность перегонных тоннелей», под которым понимается свойство системы «обделка и гидроизоляционный слой - многокомпонентная вмещающая среда (горные породы, подземные воды, газы, микробиота)» сохранять длительную прочность, устойчивость и водонепроницаемость в течение заданного срока эксплуатации под воздействием природных и техногенных факторов, характерных для рассматриваемого подземного пространства.

3. Составлена схема природных и техногенных факторов, действующих в подземном пространстве Санкт-Петербурга, которые оказывают негативное влияние на тоннельные конструкции. При этом, кроме оценки влияния напряженного состояния толщи вмещающих пород на тоннельную конструкцию, исследовано воздействие подземных вод с позиций варьирования гидрогеодина-мических и гидрогеохимических условий, развития физико-химических, химических и биохимических процессов разрушения конструкционных материалов.

4. Предложена концепция инженерно-геологического и гидрогеологического обеспечения эксплуатационной надежности подземных транспортных сооружений, базовые положения которой включают: а) анализ и оценку структурно-тектонических, инженерно-геологических, гидрогеологических и геоэкологических условий в пределах трассы перегонных тоннелей; прогноз природных и природно-техногенных процессов, предопределяющих и негативно влияющих на длительную устойчивость, прочность и водонепроницаемость тоннельных конструкций; б) установление причин возникновения и развития деформаций (перемещений) перегонных тоннелей по длине трассы во времени, а также исследование механизмов разрушения конструкционных материалов обделок и гидроизоляционного слоя в рассматриваемых условиях; в) зонирование трасс тоннелей на основе дифференциации природных факторов, определяющих характер их перемещений и особенности разрушения конструкционных материалов, с выделением участков, в пределах которых наблюдается усложнение условий эксплуатации; г) разработку рекомендаций по организации защитных мероприятий и проведению ремонтных работ перегонных тоннелей с использованием данных, полученных по пунктам а), б) и в). Научно-практические принципы предложенной концепции использовались на- двух трассах перегонных тоннелей Петербургского метрополитена в юго-восточной части города: «Елизаровская — Ломоносовская» и «Обухово — Рыбацкое».

5. Анализ структурно-тектонической обстановки подземного пространства по обследованным трассам показал, что для оценки условий эксплуатации перегонных тоннелей, пройденных в верхнекотлинских и нижнекембрийских отложениях, важное значение имеет: а) наличие зон тектонических разломов в толще вмещающих пород, унаследованных от архей-протерозойского кристаллического фундамента, который в пределах трасс залегает на глубинах около

190-210 м и характеризуется блоковым строением; 2) присутствие в кровле коренных отложений врезов от погребенных долин, приуроченных, как правило, к зонам тектонических разломов; положение трасс тоннелей по глубине во многом зависит от рельефа кровли вмещающих коренных пород осадочной толщи в юго-восточной части города.

6. Установлено, что вне тектонических разломов коренные верхнекотлин-ские и нижнекембрийские глины. имеют зональное строение по глубине (в результате действия нетектонических факторов — длительного выветривания, влияния ледниковых покровов и др.), что определяет степень изменчивости параметров их прочности (с, (р), деформационной способности (Е0) и водопроницаемости (Кф) как по длине трассы, так и в зависимости от глубины расположения тоннелей относительно кровли коренных осадочных отложений: В зонах тектонических разломов коренные породы дезинтегрированы на всю мощность разреза. Наименее прочные разности верхнекотлинских глин (с = 0,050,13 МПа, (р = 2-5°) и нижнекембрийских глин (с = 0,035-0,05 МПа, <р = 0°) отмечаются под тальвегами погребенных долин, а также в зонах тектонических разломов. Модуль общей деформации (Е0) верхнекотлинских глин варьирует в широких пределах - от 20,0 до 180,0 МПа. При малой мощности нижнекембрийских глин Е0 изменяется в пределах 1,5-20,0 МПа.

7. Основные генетические типы четвертичных отложений, в которых проложена часть исследуемых перегонных тоннелей по трассе «Обухово — Рыбацкое»: моренные, межморенные и озерно-ледниковые песчано-глинистые образования, относятся к слабым либо разуплотненным грунтам за счет их газонасыщения и/или высокой микробной пораженности. Большая часть толщи глинистых пород четвертичного возраста должна анализироваться как квазипластичная среда с использованием соответствующих расчетных схем для оценки устойчивости подземных сооружений.

8. Водопроницаемость верхнекотлинских и нижнекембрийских глин определяется степенью дезинтеграции вмещающей толщи. В зонах тектонических разломов значение Кф,трещиноватого массива коренных глинистых пород дос-1 !2 тигает 10" — 10" м/сут, что создает условия для активизации перетекания подземных вод из высоконапорного минерализованного (около 3,8 г/дм31) вендского водоносного комплекса, приуроченного к нижнекотлинским отложениями (глубина залегания кровли нижнекотлинских песчаников, в юго-восточной части города фиксируется на глубинах около 110-140 м), в вышележащие слои, вмещающие тоннели. Наиболее интенсивное перетекание подземных вод наблюдается в зонах тектонических разломов; а также на участках под погребенными долинами.

9. К оценке влияния вендского водоносного комплекса на условия эксплуатации перегонных тоннелей предложено подходить с двух позиций: а) действие напоров комплекса на формирование и изменение напряженно-деформированного состояния толщи пород и тоннелей; б) специфика химического состава подземных вод и степень их агрессивности по отношению к материалам конструкций тоннелей, а также воздействие на блоки*. глинистых пород. На основе проведенных лабораторных работ установлено, что действие хлоридных натриевых растворов с минерализацией 3,8 г/дм переводит верхне-котлинские глины в квазипластичное состояние {(р = 0, с Ф 0), при этом наблюдается снижение сцепления пород почти в два раза.

10. На основе анализа фондовых материалов показан нестабильный характер гидродинамического режима вендского водоносного комплекса, зависящего, прежде всего, от уровня водопотребления, который в прошлом веке варьировал в значительном объеме. В 1976-77 годах максимальное снижение пьезометрического уровня вендского водоносного комплекса в пределах обследованных трасс тоннелей составило 70 м. С 1978 года было введено ограничение на использование вод этого комплекса, в связи с чем наметилась тенденция к подъему его пьезометрической поверхности, которая усилилась после 1990 года. В настоящее время напоры вендского водоносного комплекса в рай

1 Отмечена минерализация вод вендского водоносного комплекса в юго-восточной части города согласно данным режимной скв. 322 оне трасс составляют 100-108 м и продолжают подниматься со скоростью* 1,52,0 м/год. Варьирование пьезометрической поверхности формирует изменение напряженного состояния пород толщи и, соответственно, давления на тоннельную конструкцию.

11. Особое внимание по исследованным трассам обращено на природное биохимическое газообразование, наблюдающееся в межморенных микулинских битуминозных слоях. В зависимости от особенностей геолого-литологического строения разреза и газодинамического давления генерируемые малорастворимые газы (метан, азот и др.) могут мигрировать и насыщать вмещающие породы, прежде всего, пески и супеси, способствуя их переходу в плывунное состояние. Накопление малорастворимых газов в отдельных хорошо газопроницаемых линзах и прослоях, которые залегают в относительно плотных породах с пониженной газопроницаемостью, приводит к резкому повышению газодинамического либо гидрогазодинамического давления, что может способствовать развитию подъема тоннельных конструкций на ограниченных по длине участках, приуроченных к зонам аккумуляции газов. Наличие растворимых в воде газов (углекислого газа, сероводорода) повышает агрессивность подземных вод по отношению к конструкционным материалам подземных сооружений.

12. По результатам обследования трасс перегонных тоннелей произведена схематизация инструментальных и визуальных форм разрушения обделок и их гидроизоляции. Выделено четыре основных группы дефектов тоннельных конструкций: а) абсолютные и относительные деформации элементов тоннеля; б) снижение и потеря прочности обделки, в) нарушение водонепроницаемости обделки и гидроизоляционного слоя (увлажнение, капеж, течи); г) коррозионное разрушение конструкционных материалов обделки и гидроизоляционного слоя, вынос продуктов коррозии с фильтрующимися подземными водами и их отложение на поверхности обделки, а также в местах стыков отдельных блоков или тюбингов (высолы, сталактиты, наросты и др.).

13. Анализ многолетних наблюдений за характером перемещений'тоннелей. по обследованным трассам дал возможность установить причины и закономерности развития абсолютных и относительных деформаций тоннельных конструкций. Перегонные тоннели по трассе «Елизаровская — Ломоносовская» испытывают преимущественно деформации оседания, величина которых не превышает 60 мм, и только в пределах участка протяженностью 300 м наблюдается подъем тоннеля до 7,5 мм за счет развития противодавления при действии газодинамического давления и взвешивающего эффекта напорных вод. Росту газодинамического давления на данном участке способствует постоянное поступление биохимических газов из микулинских битуминозных отложений, залегающих выше по разрезу, и их накопление в толще трещиноватых верхнекотлинских глин. Перемещения тоннелей по трассе «Обухово - Рыбацкое» носят более контрастный характер. В пределах верхнекотлинской толщи тоннели испытывают относительно небольшие деформации оседания (до 15 мм), которые возрастают по мере приближения трассы к верхнему дезинтегрированному слою коренных глин. На участке, где вмещающей средой служат менее прочные нижнекембрийские глины, отмечается интенсификация процессов оседания тоннелей (до 28 мм). Наиболее сложный характер деформаций перегонных тоннелей наблюдается на участке трассы протяженностью 650 м, расположенном в толще межморенных микулинских битуминозных газогенерирующих суглинков и глин с линзами супесей и песков. Варьирование величины газодинамического давления по длине участка создает резко дифференцированные условия для развития перемещений оседания с различной амплитудой. Максимальные значения оседания (до 84 мм) связаны с наиболее газонасыщенными слоями межморенных образований. На контакте микулинских слоев с вышележащими лужскими отложениями в толще пород происходит накопление малорастворимых газов, что приводит к росту газодинамического давления и подъему тоннельных конструкций (до 5 мм). При этом относительные продольные деформации тоннелей на участке длиной 150 м составляют около 4*10'4 м, что способствует развитию трещин растяжения в обделке тоннелей.

14. Оценка характера и общей направленности коррозионных процессов обделок и гидроизоляционных (тампонажных) слоев перегонных тоннелей выполнена на основе анализа химического состава водных вытяжек, приготовленных из проб разрушенных конструкционных материалов, выщелоченных тампонажных растворов и натечных форм, с привлечением микробиологических методов (общее количество проб - 48). Проведенный анализ позволил установить следующие закономерности: а) в пробах разрушенных конструкционных материалов, выщелоченных тампонажных растворов и натечных форм, которые были отобраны на участках тоннелей, пройденных в толще трещиноватых осадочных коренных пород верхнего венда и нижнего кембрия в зоне перетекания минерализованных хлоридных натриевых вод из вендского водоносного комплекса в вышележащие слои, отмечается аномально высокое содержание СГ (до 112,0 г/дм3), а также ионов Na+ и К+ (до 85,6 г/дм3), что свидетельствует о проницаемости тоннельных конструкций для данных компонентов подземных вод; б) длительное воздействие минерализованных хлоридных натриевых вод на тампонажный слой приводит к его прогрессирующему разрушению, сопровождающемуся выносом сульфатов SO4" (компонентов расширяющегося цемента) -в отдельных пробах его содержание достигает 34,5 г/дм (следует отметить, что часть сульфатов может быть биогенного происхождения); в) повышение проницаемости гидроизоляционного слоя стимулирует начало разрушения бетонов обделок, которое происходит с растворением и выносом гидросиликатов и гидроалюминатов кальция, что фиксируется по присутствию в исследованных пробах Са2+ (до 4135 г/дм3), HSi03" (до 0,1 г/дм3 и более) и А13+ (до 0,03 г/дм3); г) в разрезе четвертичных отложений принципиальное значение для разрушения тампонажного раствора и материалов обделок имеет углекислая агрессия - в перегонных тоннелях неглубокого заложения состав водных вытяжек, как правило, гидрокарбонатный либо содовый в зависимости от рН среды; г) бетоны, железобетоны и чугуны обделок по исследованным трассам подвержены биокоррозии за счет активной жизнедеятельности микробиоты, на что-указывают л о аномальные значения ХПК (до 14582 мЮ2/дм ) и БПК5 (до 541 мг02/дм ) в ряде отобранных проб. Это положение подтверждается проведенными микробиологическими исследованиями (см. ниже): для чугуна характерна графитизация, выражающаяся в расслаивании конструкции и выносе железа благодаря деятельности ряда микроорганизмов, а также питтинговая и язвенная коррозия, вызванная химическими и биохимическими процессами на поверхности тюбингов.

15. Выполненные исследования микробиологической пораженности разрушенных конструкционных материалов и натечных форм по рассматриваемым трассам в лаборатории ВНИИ СПбГУ под руководством д.б.н. Д.Ю. Власова показали, что в перегонных тоннелях, пройденных под погребенными долинами, отмечается до 60 видов микромицетов общей численностью до 1400 КОЕ (колоний образующих единиц), причем их численность определялась через три месяца после проведения ремонта. При этом прослеживается связь между количеством течей и величиной КОЕ, что свидетельствует об активном участии микроорганизмов в разрушении гидроизоляционного слоя и конструкционных материалов обделок. По трассам перегонных тоннелей зафиксировано большое разнообразие и высокая численность различных форм бактерий, в том числе гетеротрофных - сульфатредуцирующих, тионовых, нитрифицирующих бактерий и железобактерий.

16. Полученные результаты позволяют сделать вывод о необходимости введения запрета на использование пакли и других целлюлозосодержащих материалов, а также битумов при создании гидроизолирующих конструкций. Эти материалы легко разлагаются грибами и бактериями и способствуют активизации микробной деятельности в подземной среде, что значительно ускоряет разрушение обделок и слоя гидроизоляции. В ходе микробиологических исследований в деградированном битуме были определены различные формы микроорганизмов, в том числе микромицеты в количестве до 1100 КОЕ.

17. Даны рекомендации по выбору наиболее эффективного состава био-цидного препарата для создания устойчивых к биокоррозии конструкционных материалов и гидроизоляционных (тампонажных) растворов, которые могут быть использованы при строительстве и ремонте перегонных тоннелей Петербургского метрополитена. К бактерицидным составам должны предъявляться следующие требования: а) направленность действия бактерицида на определенные группы микроорганизмов, активно участвующих в разрушении конструкционных материалов в подземном пространстве; выделение таких групп микроорганизмов следует проводить на основе специализированных микробиологических исследований; б) способность сохранять свои бактерицидные свойства в течение заданного срока службы конструкции, а также быть физико-химически и биохимически устойчивыми в условиях применения; в) отсутствие коррозионной агрессивности по отношению к конструкционным материалам; г) низкая токсичность в отношении окружающей среды; д) простота и удобство в применении, технологичность; е) экономическая целесообразность затрат для капитального ремонта. Для выбора наиболее эффективного биоцидного состава в лаборатории ВНИИ СПбГУ под руководством д.б.н. Д.Ю. Власова были проведены испытания 10 современных препаратов от отечественных и зарубежных производителей. В различных вариантах испытаний полное подавление деятельности микроорганизмов, культивируемых на питательных средах, зарегистрировано при добавлении биоцидных составов АНТИ-В, Ньюжавел и Биопаг-Д. Выполненные исследования необходимо рассматривать как общий подход к созданию конструкционных материалов с высокой биоустойчивостью для несущих обделок Петербургского метрополитена при наиболее неблагоприятном сочетании факторов в подземной среде.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Котюков, Павел Васильевич, Санкт-Петербург

1. Алексеев С.Н., Иванов Ф.М., Модры С., Шиссль G. Долговечность железобетона в агрессивных средах: Совм. издание СССР-ЧССР-ФРГ. М.: Стройиздат, 1990. - 320 с.

2. Алексеев С.Н., Ратинов В.Б., Розенталь Н.К., Кашурников Н.М.

3. Ингибиторы коррозии стали в железобетонных конструкциях. — М.: Стройиздат, 1985. 272 с.

4. Андреюк Е.И., Билай В.И. .Коваль ЭЗ. Козлова И.А. Микробная коррозия и её возбудители. Киев: Наук, думка, 1980. — 288 с.

5. Ауслендер В.Г., Яновский А.С., Кабаков Л.Г., Плешивцева Э.С. Новое в геологии Санкт-Петербурга // Минерал, №1(4), 2002. с.51-58.

6. Бабенко Э.Г. Железоуглеродистые стали: учебное пособие. — Хабаровск: изд-во ДВГУПС, 2005. -115 с.

7. Бабушкин Н.Ф. Проблемы содержания и ремонта тоннельных сооружений Московского метрополитена // Метро, 1998, № 3-4. с. 17-19.

8. Базовский И. Надежность. М.: Мир, 1965. 374 с.

9. Баклашов И.В., Картозия Б.А. Механика подземных сооружений и конструкции крепей: учебник для вузов. М.: Недра, 1992. — 543 с.

10. Баклашов И.В., Картозия Б.А., Шашенко А.Н., Борисов В.Н. Геомеханика. Том 1: Основы геомеханики. М.: Изд-во Московского государственного горного университета, 2004. - 208 с.

11. Болотин В.В. Методы теории вероятностей и теории надежности в расчетах сооружений. М.: Стройиздат, 1981. - 351 с.

12. Болотин В.В. Применение методов теории вероятностей и теории надежности в расчетах сооружений. М.: Издательство литературы по строительству, 1971. —253 с.

13. Бондарик Г.К. Общая теория инженерной (физической) геологии. — М.: Недра, 1981. -256 с.

14. Бондарик Г.К. Основы теории изменчивости инженерно-геологических свойств горных пород. — М.: Недра, 1971. — 272 с.

15. Бузкова М.С., Астратова Н.П., Бабухин В.Н. Инженерно-геологические условия участка расположения Александро-Невского моста. // Вопросы инженерной геологии Ленинградского экономического района. — Л: «Оргтехстрой», 1960. с.109-122.

16. Булычев Н.С. Механика подземных сооружений: учебник для вузов. — М.: Недра, 1982. 270 с.

17. Булычев Н.С., Фотиева Н.Н., Стрельцов Е.В. Проектирование и расчет крепи капитальных выработок. — М.: Недра, 1986. — 288 с.

18. Власов С.Н., Маковский JI.B., Меркин В.Е. и др. Аварийные ситуации при строительстве и эксплуатации транспортных тоннелей и метрополитенов. — М.: ТИМР, 2000. 232 с.

19. ВСН 132-92. Правила производства и приемки работ по нагнетанию растворов за тоннельную обделку. М., 1993.

20. ВСН 190-78. Инструкция по инженерно-геологическим изысканиям для проектирования и строительства метрополитенов, горных железнодорожных и автодорожных тоннелей. М.: Оргтрансстрой, 1978. — 26 с.

21. Гарбер В.А.- Метрополитен: долговечность, тоннельных конструкций в условиях эксплуатации и городского строительства / В.А. Гарбер; Научно-исследовательский центр «Тоннели и метрополитены» ОАО «ЦНИИО». — М.: ЦНИИС, 2004. 172 с.

22. Гарбер В.О., Смирнова Г.О., Байдаков О.С. Оценка надежности и долговечности тоннельных конструкций эксплуатируемых метрополитенов // Метро, 1998, № 3-4. с. 13-16.

23. Геологическая изученность СССР. Том 3. РСФСР. Ленинградская, Новгородская и Псковская области. Период III VII 1918-1955. Выпуск III. Рукописные и опубликованные работы. - М., Академия наук СССР, 1980: —252с.

24. Геологическая изученность СССР. Том 3. РСФСР. Ленинградская, Новгородская и Псковская области. Периоды VIII IX 1956-1966. Выпуск III. Рукописные и опубликованные работы. - М.: Академия наук СССР. 1980. —234с.

25. Геология СССР. Том 1. Ленинградская, Псковская и Новгородская области. Геологическое описание / Северо-западное территориальное ГУ. М.: «Недра», 1971.-504 с.

26. Геоморфология и четвертичные отложения Северо-Запада Европейской части СССР (Ленинградская, Псковская и Новгородская области) / под редакцией Д.Б. Малаховского и К.К. Маркова. -Л.: Наука, 1969. -256 с.

27. Гидрогеология СССР. Том 3. Ленинградская, Псковская и Новгородская области / Под общ. редакцией И.К. Зайцева // Северо-Западное территориальное геологическое управление. М.: Недра, 1967. - 328 с.

28. Гидрогеология СССР. Том 3. Часть II. Ленинградская, Псковская и Новгородская области / Под общ. редакцией И.К. Зайцева // Северо-Западное территориальное геологическое управление. М.: Недра, 1968. - 62 с.

29. Гиедеико Б.В., Беляев Ю.К., Соловьев А.Д. Математические методы в теории надежности. М.: Наука, 1965. - 524 с.

30. Голодковская Г.А., Егорычева М.Н., Лехт В.В. Инженерно-геологические условия создания и функционирования" Московского метрополитена // Вестник Московского университета. Серия 4. Геология, № 5. М.: МГУ, 1997. - с. 32-41.

31. ГОСТ 26633-91. Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия. -М.: издательство стандартов, 1992.

32. ГОСТ 27.002.-89. Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения. М.: Государственный комитет СССР по управлению качеством продукции и стандартам, 1989. — 39 с.

33. ГОСТ 27751-88. Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения по расчету. -М.: Издательство стандартов, 1989.

34. Дашко Р.Э. Геотехническая диагностика коренных глин Санкт-Петербургского региона (на примере нижнекембрийской глинистой толщи) // Реконструкция городов и геотехническое строительство №1, 2000. - с.95-100.

35. Дашко Р.Э. Механика горных пород. М.: Изд-во Недра, 1987. - 264 с.

36. Дашко Р.Э. Микробиота в геологической среде: её роль и последствия // Сергеевские чтения. Выпуск 2. Материалы годичной сессии Научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии (23-24 марта 2000) М.: ГЕОС, 2000, с. 72-78.

37. Дашко Р.Э., Малов Н.Д. Инженерно-геологические аспекты аварии в Петербургском метро // Разведка и охрана недр, № 3. М.: Недра, 1997. - с.ЗЗ-34.

38. Дашко Р.Э., Норова Л.П., Руденко Е.С. Эволюция геоэкологического состояния подземного пространства Санкт-Петербурга // Разведка и охрана недр, № 7-8. М.: Недра, 1998. - с. 57-59.

39. Дубченко Е.Г., Иванов В.Ф. Конференция «Проблемы эксплуатации и ремонта тоннелей метрополитена» // Метро, 1998, № 3-4. с. 11-12.

40. Ермолаев Н.Н., Михеев В.В. Надежность оснований сооружений. Л.: Стройиздат, Ленинградское отд-ие, 1976. - 152 с.

41. Заварзин Г.А. Литотрофные микроорганизмы. М.: Наука, 1972. — 323 с.

42. Захарова Е.Г. Анализ и оценка негативных последствий захоронения болот в пределах мегаполисов (на примере Санкт-Петербурга) // Материалы Международной конференции «Город и геологические опасности», часть II. — СПб., 2006. с. 174-181.

43. Защита от коррозии, старения и биоповреждений машин, оборудования и сооружений: Справочник: в 2 томах. Том 1. / под редакцией А.А. Герасименко. -М.: Машиностроение, 1987. 688 с.

44. Защита от коррозии, старения и биоповреждений машин, оборудования и сооружений: Справочник: в 2 томах. Том 2. / под редакцией А.А. Герасименко. -М.: Машиностроение, 1987. — 784 с.

45. Иванов В.Ф. Гидроизоляция (герметизация) строительных сооружений метрополитенов // Сборник докладов 4-ой .Международной научно-технической конференции «Гидроизоляционные и кровельные материалы» (17-18 апреля 2007 г.) СПб.: АНТЦ «Алит», 2007. с.24-28.

46. Иванов И.П. Инженерно-геологические исследования в горном деле (для обоснования рационального использования и охраны недр). JL: Недра, 1987. - 255 с.

47. Инструкция по устройству гидроизоляции сборных железобетонных и чугунных обделок тоннелей метрополитенов закрытого способа работ М.:

48. ВНИИ Транспортного строительства, 1985.

49. Кабаков Л.Г., Сопенко Н.Ф. Оценка геодинамического состояния территории Ленинградской области / Разведка и охрана недр, № 7-8. М.: «Недра», 1998. с.32- 35.

50. Калиничев В.П. Метрополитены. -М.: Транспорт, 1988. 280 с.

51. Кобак А.В., Пирютко Ю.М. Исторические кладбища Санкт-Петербурга. -СПб.: издательство «Центрполиграф», 2009. 797 с.

52. Ковалев И.В., Батуркина Т.А., Татаринцева Л.П. О деформативных характеристиках протерозойских глин г. Ленинграда // Труды ЛИИЖТа. Выпуск 384. Л.: ЛИИЖТ, 1975. - с. 110-115.

53. Котлов Ф.В. Антропогенные геологические процессы и явления на территории города. М.: Наука, 1977. - 171 с.

54. Котлов Ф.В. Инженерно-геологическием проблемы комплексного освоения подземного пространства крупных городов // Проблемы инженерной геологии городов. М., 1983. - с 48-56.

55. Кофман B.C. Основные особенности геологического развития и тектонической структуры осадочного чехла Северо-Запада Русской плиты // Сборник научных трудов «Геология Северо-Запада Российской Федерации». -СПб., 1993. с.49-75.

56. Краснов И.И. Газы четвертичной толщи предглинтовой полосы Ленинградской области //В сб. «Природные газы СССР» М.-Л., 1935: - с. 10-17.

57. Кремнева Р.Н. Инженерно-геологические и гидрогеологические условия сооружения Ленинградского метрополитена. // Вопросы инженерной геологии Ленинградского экономического района. Л: управление строительства трест «Оргтехстрой», 1960. - с.99-108.

58. Куликова Е.Ю. Фильтрационная надежность конструкций городских подземных сооружений. М.: издательство «Мир горной книги», 2007. — 316 с.

59. Куцнашвили О.В. Оптимизация инженерно-геологических изысканий для строительства горных транспортных тоннелей // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. № 4. М., 1994. - c.l 11-118.

60. Лаврова М.А. Основной разрез верхнего плейстоцена Ленинградского района // Вопросы стратиграфии четвертичных отложений Северо-Запада Европейской части СССР: Сб. статей Л.: Гостоптехиздат, 1962. - с. 125-139.256 . ;

61. Лиманов Ю.А. Осадки, земной поверхности при сооружении: тоннелей; в кембрийских глинах. — Л.: ЛИИЖТ, 1957. —239 с.

62. Лиманов Ю.А. Метрополитены. М.: изд-во «Транспорт», 1971. — 359 с.

63. Ллойд Д.К., Липов М. Надежность. Организация исследования, методы, математический аппарат // перевод с англ. Коваленко И.Н. и Русакова Г.А., под общей редакцией Бусленко HTL М.: издательство «Советское радио», 1964. 686 с.

64. Максимов А.П. Горное давление и крепь выработок. М.: Недра, 1973, -288 с.

65. Малахов А.И., Жуков А.П; Основы материаловедения и теории коррозии — М.: Высшая школа, 1978. — 192 с.

66. Малов Н.Д., Пекельный В.И., Дверницкий Б.Г. Современная геодинамика и устойчивость геологической среды в Петербургском регионе // Отечественная геология, №2. М., 2001. с.68-71.

67. Меламедов И.М. Физические основы надежности. Л.: Энергия, 1970. — 152 с.

68. Мельников Е.К. Зоны биологического дискомфорта, связанные с неоднородностями в геологическом строении земной коры / Вопросы геоэкологии Северо-Запада Российской Федерации // Сборник научных трудов. СПб, 1996. - с.41-59.

69. Мельников Е.К., Рудник В.А., Мусийчук Ю.И., Рымарев В.И.

70. Патогенной воздействие зон активных разломов земной коры Санкт-Петербургского региона // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология, № 4. М.: «Наука», 1994. - с.50-69.

71. Метрополитен Северной Столицы 1955-1995- / под редакцией В.А. Гарюгина и др. СПб.: «Лики России», 1995. - 239 с.

72. Мироненко В.А. Динамика подземных вод: Учебник. 3-е издание. — М.: Изд-во Московского государственного горного университета, 2001. — 519 с.

73. Михальчук В.В., Киреев В.В., Натрусов В.И. и др. Современные методы антикоррозионной защиты бетонных и железобетонных конструкций // Метро, 1998, №3-4.-с. 21-22.

74. Молоков Л.А. Взаимодействие инженерных сооружений с геологической средой. М.: Недра, 1988. - 222 с.

75. Москвин В.М., Иванов Ф.М., Алексеев С.Н., Гузеев Е.А. Коррозия бетона и железобетона, методы их защиты. — М.: Стройиздат, 1980. — 536 с.

76. Нагрузки и надежность строительных конструкций // Труды- ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко, выпуск 21. М., 1973. - 85 с.

77. Надежность в машиностроении: Справочник / Под общ. ред. В.В. Шашкина, Г.П. Карзова. СПб.: Политехника, 1992. - 719 с.

78. Надежность технических систем: Справочник / Беляев Ю.К., Богатырев В.А., Болотин В.В. и др. Под ред. Ушакова И.А. М.: Радио и связь, 1985. 608с.

79. Норватов Ю.А., Петрова И.Б., Нагорный С .Я. Специальные гидрогеологические исследования на аварийном участке Санкт-Петербургского метрополитена // Разведка и охрана недр, № 7-8. М.: Недра, 1998. - с. 62-65.

80. Орлов С.А. Методы статического расчета сборных железобетонных обделок тоннелей. — М.: Государственное издательство литературы по строительству, архитектуре и строительным материалам, 1961. 136 с.

81. Пашкин Е.М. Инженерно-геологические исследования при строительстве туннелей. -М.: Недра, 1981. 135 с.

82. Пекельный В.И., Малов Н.Д., Дверницкий Б.Г., Матюхов Р.А. Роль геодинамического фактора в развитии аварийно ситуации в Петербургском метро // Разведка и охрана недр, № 7-8. М.: Недра, 1998. - с. 60-62.

83. Поляков К.А., Сломянекая Ф.Б., Полякова К.К. Коррозия и химически стойкие материалы. — М.-Л.: Государственной научно-техническое издательство химической литературы, 1953. — 361 с.

84. Попов К.Н. Полимерные и полимерцементные бетоны, растворы и мастики: Учебное пособие для СПТУ. — М.: Высшая школа, 1987. — 72 с.

85. Пособие по проектированию защиты от коррозии бетонных и железобетонных строительных конструкций (к СНнП 2.03.11-85) — М.:1. Стройиздат, 1989. 175 с.

86. Пособие по проектированию метрополитенов — М.: Метрогипротранс, 1992.- 145 с.

87. Правила технической эксплуатации метрополитенов Российской Федерации СПб., 1995. - 60 с.

88. Протосеня А.Г., Карасев М.А., Козин Е.Г. Проблемы прогноза нагрузок на обделки и устойчивость эксплуатируемых тоннелей / Современные проблемы горной науки. Записки горного института. Том 172. СПб, 2007. -с. 5-13.

89. Пухонто Л.М. Долговечность железобетонных конструкций инженерных сооружений: (силосов, бункеров, резервуаров, водонапорных башен, подпорных стен). М.: Изд-во АСВ, 2004. - 424 с.

90. Райзер В:Д: Расчет и нормирование надежности строительных конструкций. М.: Стройиздат, 1995. - 347 с.

91. Райхель В., Конрад Д. Бетон. / Часть 1. Свойства. Проектирование. Испытание. / -М.: Стройиздат, 1979. — 111 с.

92. Рамачандран В., Фельдман Р., Боуэен Дж. Наука о бетоне: Физико-химическое бетоноведение /Пер. с англ. Т.И. Розенберг, Ю.Б. Ратиновой. Под ред. В.Б. Ратинова. -М.:Стройиздат, 1986. 278 с.

93. РВСН 20-01-2006 Санкт-Петербург. Защита строительных конструкций, зданий и сооружений от агрессивных химических и биологических воздействий окружающей среды. СПб., 2006.

94. Рекомендации по инженерно-геологическим изысканиям для подземного гражданского и промышленного строительства / ПНИИС. М.: Стройиздат, 1987. 56 с.

95. Рекомендации по оценке и обеспечению надежности транспортных сооружений М., ВНИИТС, 1989. - 45 с.

96. Рекомендации по оценке надежности, строительных конструкций зданий и сооружений по внешним признакам М., ЦНИИПромзданий, 2001.

97. Ржаницын А.Р. Теория расчета строительных конструкций на надежность. — М.: Стройиздат, 1978. — 239 с.

98. Рояк С.М., Рояк Г.С. Специальные цементы. М.: Стройиздат, 1983. -279 с.

99. Рубенчик Л.И. Микробиологическая характеристика миргородского торфа // Вопросы курортологии, № 1-2, 1933. с. 21-26.

100. Руппенейт К.В., Драновский А.Н., Лыткин В.А. Расчет сборной кольцевой крепи подземных сооружений. М.: Недра, 1969. - 152 с.

101. Сазонов Г.Н. Инженерно-геологические процессы и явления при строительстве тоннелей метрополитенов // Транспортное строительство. 1964. № 12.-c.15.-18.

102. Санкт-Петербург. Петроград. Ленинград: Энциклопедический справочник — М.: Большая Российская энциклопедия, 1992. — 687 с.

103. СНиП 2.03.11-85 Защита строительных конструкций от коррозии / Госстрой СССР-М.: ЦИТП, 1986.

104. Соколова Г. А., Каравайко Г.И. Физиология и геохимическая деятельность тионовых бактерий. М.: Наука, 1964. — 333 с.

105. Соловьев В.И. Бетоны с гидрофобизирующими добавками. — Алма-Ата: Наука, 1990.- 112 с.

106. Сорин Я.М. Надежность радиоэлектронной аппаратуры. . М.-Л.: Госэнергоиздат, 1961. —72 с.

107. СП 32-105-2004. Метрополитены М. Госстрой России, ФГУП ЦПП, 2004. - 337 с.

108. Справочник по производству цемента / Под редакцией ИИ. Холина. — М.: Государственное издательство литературы по строительству, архитектуре и строительным материалам, 1963. — 851 с.

109. Страхов А.А., Сидоров С.Р. Определение технического состояния подземных объектов метрополитена // Метро, 1998, № 3-4. с. 20-21.

110. Стрелецкий Н.С. Основы статистического учета коэффициента запаса прочности сооружений. М.: Стройиздат, 1947. - 92 с.

111. Сугак Е.В., Василенко Н.В., Назаров Г.Г., Паньшин А.Б., Каркарин А.П. Надежность технических систем. Учебное пособие длястудентов технических специальностей вузов / Под общ. редакцией Е.В. Сугака и Н.В. Василенко. Красноярск: НИИ СУВПТ, 2000. - 594 с.

112. Сушкевич Ю.И., Бабушкин Н.Ф., Иванов В.Ф., Козин Е.Г., Расулов А.Р. Тоннели метрополитенов. Устройство, эксплуатация и ремонт: Справочно-учебное пособие. М.: ООО «Метро и тоннели», 2009. - 464 с.

113. Теория цемента / Под ред. А.А. Пащенко. К.: Буд1вельник, 1991. — 168 с.

114. Троицкий К. О надежности тоннельных сооружений // Метрострой, № 2. -М.: издательство «Московская правда», 1975. — с. 19-20.

115. Уемов А.И. Системный подход и общая теория систем. М.: «Мысль», 1978.-272 с.

116. Физдель И.А. Дефекты и методы их устранения в конструкциях и сооружениях. М.: издательство литературы по строительству, 1970. — 175 с.

117. Фисенко Г.Л. Предельные состояния горных пород вокруг выработок. — М.: Недра, 1976.-272 с.

118. Фролов Ю.С., Голицынский Д.М., Ледяев А.П. Метрополитены., Учебник для вузов / Под ред. Ю.С. Фролова. М.: «Желдориздат», 2001. — 528 с.

119. Фурса А.Г. Проблемы проектирования, строительства, содержания и ремонта тоннельных сооружений Петербургского метрополитена // Метро, 1998, №3-4.-с. 21-22.

120. Храпов В.Г., Демешко Е.А., Наумов С.Н. и др. Тоннели и метрополитены: учебник для вузов / под редакцией Храпова В.Г. М.: Транспорт, 1989. - 383 с.

121. Цимбаревич П.М. Рудничное крепление. Москва — Харьков: Углтехиздат, 1951. - 606 с.

122. Швец В.Б., Тарасов Б.Л., Швец Н.С. Надежность оснований и фундаментов. -М.: Стройиздат, 1980. 158с.

123. Шейнин В.И., Руппенейт К.В. Некоторые статистические задачи расчета подземных сооружений. М.: Недра, 1969. - 152 с.

124. Шкинев A.H. Аварии в строительстве. М.: Стройиздат, 1984. - 319 с.

125. ШлегельГ. Общая микробиология. -М.: МИР, 1987. 306 с.

126. Шпете Г. Надежность несущих строительных конструкций / Перевод с нем. О.О. Андреева. М.: Стройиздат, 1994. - 288 с.1. Фондовая литература

127. Отчет о научно-исследовательской работе «Геотехнический и геоэкологический анализ трансформации песчано-глинистых грунтов в основании цеха форфосов завода Балтика». СПб.: СПГТИ(ТУ), 2001.

128. Отчет о работе «Обследование перегонных тоннелей и контроль напряженно-деформированного состояния обделок различного типа на участках «Ломоносовская — Елизаровская» (по 1-му и П-му путям) ГУП «Петербургский метрополитен». — СПб.: СПГГЩТУ), 2007.

129. Заключение по результатам испытания биоцидных составов для антимикробной защиты строительных материалов в Петербургском метрополитене на участке «Елизаровская — Ломоносовская». — СПб.: БНИИ СПбГУ, 2007.

130. Заключение по результатам микологического исследования образцов поврежденных материалов из Петербургского метрополитена, отобранных на участке «Елизаровская Ломоносовская». - СПб.: БНИИ СПбГУ, 2005.

131. Заключение по результатам микологического исследования образцов поврежденных материалов из Петербургского метрополитена, отобранных на участках «Обухово Рыбацкое» и «Девяткино — Гражданский проспект». -СПб.: БНИИ СПбГУ, 2005.

Информация о работе

Котюков, Павел Васильевич
кандидата геолого-минералогических наук
Санкт-Петербург, 2010
ВАК 25.00.08

Диссертация

Инженерно-геологическое и гидрогеологическое обеспечение эксплуатационной надежности подземных транспортных сооружений в Санкт-Петербурге - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы