Введение к работе
Актуальность работы. Развитие инфраструктуры крупных городов влечет за собой строительство подземных сооружений различного типа В городах с плотно застроенными территориями большое значение имеют подземные транспортные тоннели, в частности - тоннели метрополитена
Строительство и эксплуатация тоннелей сопровождается формированием техногенного режима подземных вод и изменением напряженного состояния подработанного массива Особенно сложны гидрогеологические условия строительства и эксплуатации тоннелей, пересекающих древние погребенные долины, заполненные песчано-глинистыми отложениями Недостаточное внимание к изучению инженерно-геологических и гидрогеологических условий строительства и эксплуатации тоннелей в песчано-глинистых отложениях может привести к аварийным ситуациям нарушениям целостности обделки тоннелей, прорывам воды и водонасыщенных рыхлых отложений в горные выработки Подобные явления сопровождаются нарушением структуры вышележащего породного массива и оседаниями земной поверхности, которые представляют серьезную опасность для зданий и подземных коммуникаций, расположенных над тоннелями
Для контроля безопасного строительства и эксплуатации тоннелей необходимо выполнение целенаправленных комплексных исследований, включающих организацию и проведение гидрогеологического мониторинга.
Цель работы. Разработка научно-методического обоснования гидрогеологического мониторинга, обеспечивающего контроль безопасности строительства и эксплуатации транспортных тоннелей, пройденных в песчано-глинистых отложениях
Основная идея работы заключается в том, что для контроля безопасности строительства и эксплуатации тоннелей необходимо создание наблюдательной сети особой конструкции, проведение наблюдений за изменениями гидродинамического режима подземных вод и соответствующими изменениями напряженного состояния водонасыщенных песчано-глинистых отложений с целенаправленной интерпретацией результатов наблюдений при применении численных геофильтрационных моделей
\
Основные задачи исследования;
изучение гидрогеологической структуры и фильтрационных характеристик водонасыщеиных неоднородных массивов песчано-глинистых пород, вмещающих транспортные тоннели,
разработка методики создания численных геофильтрационных моделей для интерпретации результатов наблюдений за техногенным режимом подземных вод при проходке транспортных тоннелей с гидропригрузом забоя,
разработка методики имитации на численных геофильтрационных моделях возможных аварийных ситуаций при эксплуатации тоннелей,
разработка методики прогнозной оценки объемов выноса песчаных отложений при аварийном нарушении целостности обделки тоннелей,
разработка научно-методических принципов и практических рекомендаций по планированию и проведению гидрогеологического мониторинга, обеспечивающего контроль безопасной эксплуатации транспортных тоннелей
Методы исследования. В работе используются методы исследований, включающие геологический и гидрогеологический анализ условий развития техногенных геофильтрационных и гидрогео-механических процессов, натурные гидрогеологические наблюдения, численное геофильтрационное моделирование
Научная новизна:
установлены основные закономерности изменения гидродинамического режима и напряженного состояния водонасыщеиных песчано-глинистых отложений при строительстве и эксплуатации тоннелей,
разработана методика построения численных моделей, обеспечивающих совместное изучение и прогноз геофильтрационных и гидрогеомеханических процессов,
разработаны методические приемы имитации на численных моделях аварийных ситуаций при строительстве и эксплуатации транспортных тоннелей,
разработана методика определения объемов выноса песчаных отложений при аварийном нарушении целостности обделки тоннелей
разработаны научно-методические принципы гидрогеологического мониторинга при строительстве и эксплуатации транспортных тоннелей
Практическая значимость. Разработанная методика гидрогеологического мониторинга рекомендуется для использования при выполнении горных работ в период строительства, а также при эксплуатации транспортных тоннелей, заложенных в песчано-глинистых отложениях Основные положения работы практически использованы при проведении гидрогеологического мониторинга в период проходки и при эксплуатации транспортных тоннелей в пес-чано-глинистых отложениях на участке восстановления движения от ст «Лесная» до ст. «Пл Мужества» Санкт-Петербургского метрополитена
Достоверность и обоснованность научных положений и выводов подтверждается:
результатами многолетних натурных наблюдений,
анализом изучаемых геофильтрационных процессов на численных моделях,
теоретическим анализом гидродинамических и гидрогеоме-ханических процессов, формирующихся при строительстве и эксплуатации транспортных тоннелей в песчано-глинистых отложениях,
сходимостью результатов аналитической оценки изучаемых процессов с результатами натурных наблюдений
Личный вклад автора:
разработка рекомендаций по организации и проведению гидрогеологического мониторинга при строительстве и эксплуатации транспортных тоннелей,
личное участие в проведении в течении нескольких лет наблюдений по скважинам режимной сети и создание базы данных;
разработка методики гидрогеологических исследований при инженерно-геологических изысканиях на трассе проектируемых транспортных тоннелей,
разработка методики численного геофильтрационного моделирования для имитации аварийных ситуаций при эксплуатации тоннелей,
разработка методики прогнозной оценки объемов выноса песчаных отложений при нарушении целостности обделки тоннелей
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов «Геологи XXI века» (г Саратов, 2002 г ), на ежегодной «Конференции студентов и молодых ученых СПГГИ (ТУ)» (2004 г), на Международной конференции «Development, Exploitation and Processing of Raw Materials» (Фрайберг, Германия, 2006 г.)
Основные положения диссертации отражены в 5 публикациях.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 138 страницах, включая введение, 4 главы, заключение, список литературы из 94 наименований, содержит 37 рисунков и 19 таблиц
Благодарности. Автор выражает искреннюю признательность научному руководителю - доктору геолого-минералогических наук профессору Ю А Норватову, заведующему кафедрой гидрогеологии и инженерной геологии СПГГИ профессору В В Антонову, кандидату геолого-минералогических наук
И Б Петровой, сотрудникам кафедры - профессору А.И. Короткову, профессору Р Э Дашко, профессору В А Кирюхину, доценту Н С. Петрову, автор также особо благодарит сотрудников лаборатории гидрогеологии ВНИМИ - В В Назиму, И В Русанова, И В Тугарова за полезные советы и постоянную помощь в проведении работ, положенных в основу диссертации
