Институт геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН
Эффективное использование оползнеопасной территории мегаполисов.
В.И. Осипов, Г.П. Постоев // Труды междунар. конф. по геотехнике (7-10 июня 2010). М.: 2010, том 5. С. 1741-1746. Читать…
!!! При КОПИРОВАНИИ материалов статей — НЕОБХОДИМО ИСПОЛЬЗОВАТЬ библиографические ССЫЛКИ на Статьи !!!
Аннотация
В статье рассматриваются проблема борьбы с крупными оползнями в больших городах и пути эффективного освоения подземного пространства оползнеопасных территорий. Приведена характеристика технического решения, позволяющего произвести укрепление оползневого склона на участке развития глубокого блокового оползня посредством строительства эксплуатируемого подземного сооружения, например многоуровневого гаража.
ВВЕДЕНИЕ
Особенностью мегаполисов является большая потребность в свободной территории под застройку и высокая стоимость земель, особенно в экологически чистых зонах города, к которым нередко относятся оползнеопасные склоны по берегам водных артерий. Наземное строительство на оползнеопасной территории, как правило, невозможно без проведения специальных защитных мероприятий. Подземное строительство, например, сооружение коммуникаций различного назначения, также сопряжено с опасностью их разрушения особенно на участках развития глубоких блоковых оползней, укрепление которых представляет известные трудности, в связи со сложностью механизма формирования и активизации оползня, большими размерами оползневых цирков и глубоким расположением поверхности скольжения, необходимостью оценки напряженно-деформированного состояния как оползневого массива, состоящего из смещенных оползневых относительно монолитных блоков, так и коренного массива, примыкающего к оползневому склону сверху (Г.П. Постоев, 2006).
В России воздействию оползней подвержено 725 городов. Среди них такие большие города как Москва, Нижний Новгород, Казань, Ульяновск, Волгоград, Чебоксары, Саратов, Саранск, Пермь, Сочи, Ростов-на-Дону, Томск, Барнаул.
С поверхностными относительно неглубокими оползнями с глубиной захвата грунтовой толщи 2 – 5 м, редко до 10 м, с которыми неизбежно приходится сталкиваться при строительстве городских сооружений на склоновых территориях обычно удается бороться посредством известного комплекса противооползневых мероприятий, включающего регулирование поверхностных и подземных вод, осушение оползневых масс, повышение прочности и плотности деформирующихся грунтов в зоне смещения оползня и удерживающие сооружения в виде подпорных стен, свайных ростверков, контрбанкетов и контрфорсов.
Значительно более трудная задача – это борьба с крупными, глубокими оползнями. Опыт Москвы, Нижнего Новгорода, Саратова, Ульяновска и др. городов показывает, что полной стабилизации оползневых склонов с развитием глубоких оползневых подвижек добиться не удаётся. Наиболее частыми мероприятиями, используемыми для этой цели, являются: берегоукрепление, дренажные штольни, террасирование склона, отсыпка контрбанкета и реже – свайные ростверки.
Однако активизация деформаций и катастрофические подвижки глубоких оползней периодически происходят в упомянутых городах, нанося значительный ущерб городской инфраструктуре. Так в Саратове на склоне Соколовой горы оползни с деформированием нижнемеловых глин (глубина захвата грунтовой толщи более 100 м) происходили в 1783, 1818, 1846, 1869, 1884, 1913, 1915, 1927, 1967, 1968, 1986, с разрушительными деформациями территории города и с выпором дна р. Волга. Объём смещающихся массивов — около 10 млн. м3 (И.О. Тихвинский, 1988).
Одним из вариантов освоения подобной оползнеопасной территории может быть подземное строительство, использование подземного пространства (В.И. Осипов и др., 2000).
Данное направление строительства выглядит весьма перспективным, но и здесь необходимо детальное знание механизма оползневого процесса и его учёт при использовании подземного сооружения для повышения устойчивости склона. Речь идёт не только об укладке на оползнеопасных склонах различного рода коммуникаций при их пересечении водной преграды, но и о широком использовании подземного пространства склоновых территорий, например в виде гаражей, без снижения устойчивости склонов.
ОПОЛЗНЕВАЯ ОБСТАНОВКА В МОСКВЕ
Москва является крупнейшим городом в Европе и самым северным мегаполисом в мире. Почти 3 % территории Москвы занимают оползневые и оползнеопасные зоны, в основном на берегах р. Москва и её притоков.
Основную угрозу для городской инфраструктуры представляют глубокие блоковые оползни. В сентябре 2006 г. пришел в движение блоковый оползень на участке Хорошево-1. Возникла реальная угроза устойчивости Храму Животворящей Троицы в Хорошево (памятник XVI века) и жилым зданиям ТСЖ «Годуново». В результате катастрофической активизации оползневого процесса от плато, на котором находятся указанные выше сооружения, отделился массивный новый оползневой блок длиной более 220 м.
При этом оседание блока составило около 3,5 м (рис. 1) с вовлечением в смещение всего оползневого склона на протяжении 350 м берега по почти горизонтальной поверхности скольжения (рис. 2), установленной по данным мониторинга, на глубине 31 м (от бровки плато), в оксфордских глинах юрской системы, вблизи кровли слоя.
По распоряжению Правительства Москвы были проведены исследования участка активизации оползневого процесса, организован мониторинг деформаций склона, выполнен проект и была начата реализация противооползневых мероприятий, включающих отсыпку контрбанкета, сооружение свайного защитного ростверка и дренажной системы. Исследования показали, что на соседнем участке оползневого цирка, ниже по течению, также создалась угрожающая ситуация по устойчивости прибровочной части плато, требующая принятия срочных мер по предотвращению активизации деформаций.
Рис. 1. Новая стенка срыва и поверхность смещенного блока (Москва, Хорошево-1).
В 2009 г., также в сентябре произошла активизация блокового оползня на правом берегу р. Москва, вблизи железнодорожного моста по южному направлению (участок Москворечье). На существующем оползневом цирке образовался новый оползневой блок длиной 200 м (рис. 3). Произошло оседание нового блока на 10 м с деформированием и перемещением всего оползневого склона на протяжении около 300 м берега, с разрушением гаражных построек на верхней площадке. Создалась реальная угроза устойчивости опор железнодорожного моста.
Активность глубоких подвижек наблюдается и на ряде других участков Москвы. Выше по течению от упомянутого железнодорожного моста, на участке Коломенское, у завода полиметаллов, наблюдениями ИГЭ РАН и ИФЗ РАН установлено положение в массиве глубокой поверхности скольжения: на отметках 101,0 – 102,0 м в оксфордских глинах (на 14 м ниже уровня р. Москва), перемещения по которой вызвали разрыв и выход из строя Чертановского канализационного коллектора.
Периодическая активизация оползневого процесса происходит на участке Воробьевы горы, имеющего самые большие размеры в мегаполисе: протяженность по берегу 3500, ширина (по оси движения) – 350 м и глубина залегания поверхности скольжения – до 100 м (от поверхности плато). В 60-е – 70-е годы двадцатого столетия была разрушена эскалаторная галерея метро. По всей вероятности активность оползневого процесса отразилась на состоянии старого метромоста и необходимости строительства нового.
Рис. 2. Схематический инженерно-геологический разрез склона в центральной части участка активизации оползневого процесса (Москва, Хорошево-1): 1 – зона оседания блока и формирования зоны выпора-сжатия в головной части оползня; 2 – зона поступательного горизонтального смещения; 3 – зона выпора-сжатия в языке оползня; 4 – поверхность скольжения; 5 – тело оползня; 6 – пески четвертичных отложений; 7 и 8 – соответственно глины волжского и оксфордского ярусов юрской системы.
Рис. 3. Разрушительные смещения глубокого оползня на участке Москворечье (Москва, 2009 г.).
В последнее время происходят периодические активизации оползневых деформаций в районе горнолыжной трассы и канатно-кресельного подъёмника. Следует отметить, что катастрофическая активизация глубоких оползней на участке Воробьевы горы с образованием новых блоков, которая также возможна, будет носить более масштабный и разрушительный характер (по сравнению с рассмотренными выше оползневыми участками). При этом любые защитные мероприятия на этапе разрушительного развития столь масштабного оползня не могут быть эффективны.
ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ ГЛУБОКОГО ОПОЛЗНЯ
На этапе формирования оползневого блока в коренном грунтовом массиве происходит сжатие (раздавливание) нижних горизонтов, образуя в грунтах, прочность структурного каркаса которых ниже давления верхних пластов, боковой распор (распорное горизонтальное давление). Данному активному распорному давлению противодействует со стороны склона пассивное горизонтальное давление в деформирующемся горизонте. При этом верхние пласты склоновых отложений оказывают пассивную пригрузку на деформирующийся горизонт. Когда величина вертикальной пассивной пригрузки оказывается недостаточной, чтобы уравновесить упомянутое активное распорное давление, прибровочная часть коренного массива, примыкающая вверху к склону оседает и отделяется от остальной части коренного массива отвесной трещиной. Новый блок смещается по крутой криволинейной поверхности скольжения, которая выполаживается к основанию (в основном деформирующемся горизонте), толкая и перемещая существующее тело оползня, состоящее из ранее смещенных блоков по почти горизонтальной поверхности скольжения. Кроме поступательного движения оползневые блоки могут осуществлять повороты по вращательной траектории, нередко увеличивая степень запрокидывания блока по мере удаления от бровки оползневого склона.
Причиной образования глубоких блоковых оползней с деформированием юрских глин в Москве является подмыв высоких склонов речными водами.
Однако последующая активизация глубоких подвижек, как показали исследования на оползневых участках Коломенское, Хорошево и Москворечье, вполне может происходить и при отсутствии активного воздействия на склон реки. Развитие оползневого процесса в образовавшемся оползневом цирке происходит с разной степенью активности во времени до тех пор, пока отделившиеся от коренного массива блоки, оседая, продолжают толкать и перемещать склоновые оползневые массы к реке. Процесс достигает временной стабилизации, когда оползневой склон выположится и образуется относительно ровная оползневая терраса, примыкающая к высокой стенке срыва – откосу коренного уступа. Критическое значение высоты стенки срыва свидетельствует о достижении предельного состояния устойчивости прибровочной части коренного массива и возможности нарушения равновесия в любой момент. В частности такие ситуации имели место в активизации глубоких подвижек на упомянутых выше участках Хорошево (см. рис. 1) и Москворечье (см. рис. 3).
Рис. 4. Схема формирования оползнеопасных зон по бортовым границам нового оползневого блока. 1 – новая стенка срыва; 2 – новый оползневой блок с размерами: b, H, L; 3 – трещина, подрезающая основание коренного массива; 4 — оползнеопасная зона.
Особенностью механизма активизации глубоких блоковых оползней является так называемое свойство «саморазвития». Оно заключается в следующем. Отделившийся от коренного грунтового массива оползневой блок оседая «отодвигает» находящиеся перед ним оползневые массы, образуя по границе с коренным грунтовым массивом по бортовым границам блока опущенные трещины растяжения (с поднятой верхней плоскостью), которые осуществляют глубокую «подрезку» коренного массива (рис.4). При этом происходит снижение пассивного горизонтального бокового давления со стороны склона в деформирующемся горизонте массива и формирование новых оползневых блоков (рис. 5).
Рис. 5. Зоны деформаций на участке активизации оползня (Москва, Хорошево-1).
В связи с активизацией глубоких оползневых подвижек в Москве на участках Хорошево, Москворечье, Коломенское, Нижние Мневники, возможно периодическое проявление разрушительных деформаций с образованием новых оползневых блоков даже на участках, где произведено берегоукрепление и имеется благоустроенная набережная. По указанному механизму возможны разрушительные деформации и на участке Воробьевы горы, развитие оползневого процесса на котором подчиняется общим закономерностям, как и на участках Хорошево и Москворечье.
Целесообразно борьбу с такими опасными явлениями, как глубокие блоковые оползни, захватывающие протяженные участки ценной склоновой территории с выходом из строя многочисленных объектов городской инфраструктуры, не на этапе катастрофических разрушительных смещений, что оказывается дорого и малоэффективно, а заблаговременно, выявляя участки с предельным состоянием оползнеопасных массивов и осуществляя целенаправленные противооползневые мероприятия для предотвращения активизации деформационных процессов.
ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОДЗЕМНОГО ПРОСТРАНСТВА ОПОЛЗНЕОПАСНЫХ ТЕРРИТОРИЙ
Одной из самых острых проблем мегаполисов является строительство гаражей и стоянок. Найти свободную площадь в условиях тесной застройки – задача трудновыполнимая. На текущий момент обеспеченность граждан Москвы организованными паркингами не превышает 9 %. Правительством Москвы решено для этих целей использовать подземное пространство городской территории и даже создать сеть подводных паркингов.
Что касается планируемых подводных сооружений, по которым имеется информация, что уже подобраны 24 площадки под строительство, существует большая опасность активизации глубоких оползней при проведении подземных работ в русле реки. Возможны другие более безопасные и эффективные направления подземного строительства в мегаполисе.
В Институте геоэкологии РАН разработан способ укрепления оползневого склона путём преобразования потенциального оползневого блока в прибровочной части коренного массива в устойчивое подземное эксплуатируемое сооружение (патент на изобретение № 2340729, В.И. Осипов, Г.П. Постоев).
Как указывалось выше, катастрофическая активизация оползневого процесса на участках развития глубоких блоковых оползней происходит в виде формирования нового оползневого блока, его отделения от коренного массива и перемещения далее со всем оползневым склоном. Предлагается подземное сооружение располагать на участке потенциального оползневого блока, удаляя соответствующий объём грунта в размерах потенциального оползневого блока (рис. 6), с дренированием подземных вод и укреплением окружающих подземное сооружение грунтов (рис. 7). В созданном таким образом подземном сооружении может быть размещена многоуровневая стоянка автомобилей.
Рис. 6. Принципиальная схема (в плане) укрепления оползневого участка путем проходки глубокой горной выработки на месте потенциального оползневого блока и возведения подземного сооружения (по патенту №2340729). 1 – коренной грунтовый массив; 2 – тело оползня; l, b, L, B – соответственно размеры потенциального оползневого блока и разгружающей массив горной выработки; А-А – линия разреза.
Рис. 7. Принципиальная схема укрепления оползневого участка (по патенту №2340729). Разрез по линии А-А (см.рис.4). 1 – коренной грунтовый массив; 2 – тело оползня; 3 — деформирующийся горизонт; 4 – поверхность скольжения; 5 – глубокая горная выработка; 6 – подземное сооружение; 7 – инъекционные скважины; 8 – слой прочных грунтов; 9 – водоотводящая труба; 10 – дренажная горизонтальная скважина; 11 – анкерное крепление; 12 – удаляемый грунт при планировке склона. h и H – соответственно глубина возможного оползневого блока и глубина горной выработки, разгружающей массив.
Предлагаемый способ полностью устраняет опасность возникновения оползневых деформаций, тем более катастрофического их развития, разгружает давление на деформирующийся горизонт до безопасного уровня, заменяет объём грунтового массива в пределах потенциального оползневого блока устойчивым подземным сооружением, обеспечивая эффективное укрепление оползневого склона на участке развития опасных глубоких оползневых подвижек и использование подземного пространства.
Учитывая большую потребность мегаполиса в гаражных помещениях и участках под автостоянку, строительство подземного сооружения может быть выполнено без расходов городского бюджета (за счёт инвесторов).
В Москве опасная активизация оползневого процесса в настоящее время происходит на участках Хорошево и Москворечье с образованием протяженных массивных оползневых блоков с реальной угрозой хозяйственным постройкам и в частности таким капитальным сооружениям как Карамышевский автомобильный мост и шлюзы в Хорошево, капитальный железнодорожный мост в Москворечье. Размеры подземного сооружения на каждом из упомянутых участков могут составить: длина до 300 м, ширина 25 – 40 м, глубина 30 – 40 м.
ВЫВОД
Строительство подземных многоуровневых эксплуатируемых сооружений на оползнеопасной территории, размещаемых и возводимых с учётом механизма возможных оползневых деформаций, является эффективным и вполне реальным проектом, позволяющим одновременно решать острейшие проблемы мегаполиса – строительство гаражей и ликвидация оползневой угрозы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Осипов В.И., Кутепов В.М., Макаров В.И. 2001. Геологические условия освоения подземного пространства г. Москвы. Подземное строительство России на рубеже XXI века. Труды юбилейной научно-практической конференции (15 – 16 марта 2000 г.). Москва. С. 80 – 85.
2. Постоев Г.П. 2006. Проблемы строительства в оползнеопасных зонах г. Москвы. // Уникальные и специальные технологии в строительстве. № 1 (4). С. 28-31.
3. Тихвинский И.О. 1988. Оценка и прогноз устойчивости оползневых склонов. Москва: Наука. 144 с.
Наши услуги
Фотогалерея
Наши Партнёры
