Гидрогеологические исследования в районе станции метро «Ботаническая» проводились специалистами Научно-производственной группы "Тектоника" с целью организации дренажной системы. При сооружении котлована станции в январе – мае 2008 г. возникла необходимость снижения уровня подземных вод на 1–2 м ниже его дна. Для этого общее понижение должно было составить 7–8 м. Основная сложность работ заключалась в близком расположении к котловану крупного торгового комплекса – ТГ «Дирижабль». Было установлено, что для предупреждения деформаций в основании торгового комплекса понижение уровня подземных вод под его ближайшей частью не должно превышать 3, в крайнем случае, 5 м.
Гидрогеологический разрез на рассматриваемом участке состоит из двух основных слоёв. Верхний слабопроницаемый слой представлен глинистыми образованиями и сильно выветрелыми скальными грунтами мощностью до 34 м. Нижний проницаемый слой представлен трещиноватыми скальными породами. Скальные породы ниже глубины 35 м выступают в качестве основного водоносного горизонта со средней водопроводимостью 10 м2/сутки.
Сложные гидрогеологические условия территории требуют сооружения скважин определенной конструкции. Скважины должны пересекать верхний слабопроницаемый слой и вскрывать основной трещинный водоносный горизонт. Глубина наблюдательных скважин должна составлять не менее 50 м, глубина дренажных скважин 50–60 м. На момент начала гидрогеологических исследований в январе 2008 г. на территории станции имелось шесть дренажных скважин глубиной 35 м. Большинство из них было непригодно для решения задач водопонижения. В дальнейшем, при ведении работ было выявлено несколько наблюдательных скважин, не отвечавших данным требованиям. Забракованные скважины обладали замедленной реакцией на откачку, либо показывали устойчивое снижение уровня на момент времени, когда в остальных скважинах уже наступила стабилизация.
Организация дренажной системы осуществлялась поэтапно. На первом этапе в январе 2008 г. были выполнены откачки из шести существующих дренажных скважин №№ 11–16 (рис. 1). Результаты опытно–фильтрационных работ позволили определить величину оптимальной нагрузки для каждой скважины в соответствии со значениями удельного дебита. Суммарный дебит дренажной системы на первом этапе составил около 10 м3/час, из них 4,8 м3/час приходилось на скважину № 16, вскрывшую проницаемую зону тектонического разлома. На первом этапе уровень под котлованом был снижен на 1,6–2,0 м, что составило 25% от необходимой величины.
Рис. 1. Депрессионная воронка, созданная в результате водопонижения в районе котлована станции метро «Ботаническая» по состоянию на июль 2008 г.
1 – наблюдательные скважины; 2 – дренажные .
На втором этапе дренажная система было дополнена тремя скважинами №№ 19, 20 и 21. Скважины вводились в эксплуатацию последовательно – сначала наиболее удаленная от ТГ «Дирижабль» скважина № 21. Через четыре дня была подключена скважина № 20, при ее включении был уменьшен дебит в скважине № 21. При сооружении скважины № 19 подрядной организацией вновь не были учтены гидрогеологические условия территории, скважина глубиной 35 м не вскрыла основной водоносный горизонт, в связи с чем, не могла быть использована для дренажа. Суммарный дебит системы к концу февраля приблизился к 22 м3/час. Уровень подземных вод в восточной части котлована к этому моменту снизился до проектной отметки, в то время как в западной части требовалось снижение еще на 1,5–4,0 м. Наблюдательные скважины, расположенные вблизи ТГ «Дирижабль», показывали снижение уровня на 1,5 м, что не превышало допустимых значений.
Основной задачей последующих этапов работ в весенний период 2008 г. было снижение уровня подземных вод в западной части котлована. Для этого была запущена в эксплуатацию скважина спецводопользования № 110, а затем сооружена и подключена дополнительная скважина № 24. Несмотря на то, что суммарная производительность системы осталась на прежнем уровне, увеличение точек нагрузки на водоносный горизонт позволило вывести уровень на проектные отметки. На заключительном, пятом этапе в летние месяцы осуществлялась доводка и регулировка дренажной системы, суммарный дебит постоянно изменялся от 14,5 до 18,8 м3/час.
Гидрогеологические работы на участке станции метро «Ботаническая» показали, что депрессионная воронка в трещинном водоносном горизонте развивается неравномерно (см. рис. 1), что свидетельствует о существенной плановой неоднородности фильтрационных свойств. Развитие депрессии происходит вдоль линейных зон повышенной проницаемости. Опыт гидрогеологических исследований в скальных массивах Урала показывает, что данные зоны, в большинстве случаев, связаны с активными тектоническими разломами. На предварительном этапе работ в январе 2008 г. на территории станции было выделено несколько таких разломов, неравномерное развитие депрессионной воронки подтвердило их наличие.
Наблюдения за уровнем подземных вод в период с января по сентябрь 2008 г. показали значительные колебания уровня в наблюдательных скважинах, связанные как с техногенными, так и с природными факторами. Например, в марте–апреле наблюдалось общее поднятия уровня во всех скважинах на 0,6–1,0 м в связи с весенним снеготаянием и наступлением паводкового периода для подземных вод. В период летней межени наблюдался обратный процесс. Это говорит о том, что дренажная система в целом нуждается в постоянной регулировке в связи с изменением сезонных условий. Резкий подъем уровня весной может привести к затоплению станции, а избыточное понижение летом – к недопустимому снижению уровня под ТГ «Дирижабль».
При подключении новых дренажных скважин нередко применялась практика снижения дебита в действующих. Гидродинамические расчеты показали, что при реализации различных схем с работой трех, двух или одной дренажной скважины, наиболее выгодной является схема с тремя. Увеличение количества дренажных скважин обеспечивает уменьшение суммарного дебита системы, снижение уровня под котлованом происходит более эффективно и при этом оказывается минимальное воздействие на снижение уровня под ТГ «Дирижабль», что обеспечивает минимальные деформации в основании сооружения.
27 мая 2008 г. в юго–западном углу котлована станции произошел оползень. Оползневой цирк протяженностью 15–20 м выдавил ограждающие грунтоцементные сваи внутрь котлована. Окончательное обрушение предотвратили заранее предусмотренные металлические конструкции. Основной причиной оползня послужили проливные дожди и неорганизованный поверхностный сток. Поступление большого количества дождевой воды привело к замачиванию глинистых грунтов и потере прочности. При этом, следует отметить, что оползень произошел на участке, где ранее был выделен тектонический разлом. Карта гидроизогипс показывает, что в юго–западном углу котлована наблюдается выраженный «язык» депрессионной воронки, развивающейся по проницаемой зоне разлома (см. рис. 1).
В качестве основных выводов следует отметить, что при ведении дренажных мероприятий необходимо иметь четкое представление о гидрогеологических условиях участка работ. Природные условия, соответствующие схеме двухслойного пласта, требуют полного вскрытия верхней дисперсной толщи и заглубления гидрогеологических скважин в прочную скалу, где, как правило, залегает основной водоносный горизонт. Это поможет уменьшить количество бракованных скважин, непригодных для дренажа и режимных наблюдений.
Существенная неоднородность трещинного горизонта делает необходимым изучение расположения линейных проницаемых зон тектонических нарушений. Разломные зоны с повышенными фильтрационными свойствами наиболее удобны для размещения дренажных скважин. Кроме того, в пределах тектонических разломов могут происходить негативные явления, такие как оползни, обрушения стенок котлована, суффозионный вынос мелких частиц и оседание поверхности.
По окончании работ в качестве основных рекомендаций в производственном отчете были указаны допустимые значения понижений в ключевых точках – наблюдательных скважинах №№ 22 и 23, расположенных между котлованом станции и ТГ «Дирижабль». Оптимальное понижение по скважинам №№ 22 и 23 было установлено на уровне 12,3 м с допустимым колебанием в пределах 0,5 м. Данное требование само по себе является достаточно жестким и требует постоянного сопровождения и регулировки дренажной системы с целью нивелирования колебаний уровня подземных вод под влиянием природных и техногенных факторов.
Однако, организацией, ведущей эксплуатацию дренажной системы, не был установлен должный гидрогеологический контроль. Допустимое понижение было превышено до величины 15 м, в результате чего в марте 2009 г. произошло оседание поверхности и деформациям сооружения. В ТГ «Дирижабль» были отмечены случаи разрыва сварных швов несущих конструкций, трещины и осыпание штукатурки. Таким образом, возникла необходимость новой отладки дренажной системы.
При копировании материалов, представленных на сайте, ссылка на первоисточник обязательна.
