Результаты исследований причин аварий тоннелей метро на участке Размыв Ленинградского (Санкт-Петербургского) метополитена между станциями Лесная и Площадь Мужества

Аварии при строительстве (1974 г.) и эксплуатации (1995 г) перегонных тоннелей метро на участке "Размыв" между станциями «Лесная» и «Площадь Мужества» в Санкт-Петербурге (до 1991 г. в Ленинграде) стали одними из крупнейших в мировой практике метростроения. Однако до сих пор полной ясности с причинами авариий и была ли возможность их избежать нет. Открытым остался вопрос была ли связь между аварией при проходке в 1974 г. и затоплением тоннелей в 1995 г. или тоннели исчерпали срок эксплуатации в сложных геологических условиях из-за конструктивных особенностей? Нерешенным вопросом является и возможность гражданского строительства на участке погребенных тоннелей из-за риска осадок зданий. Объективное понимание причин затопления тоннелей необходимо и для оценки рисков эксплуатации новых тоннелей, проложенных через зону "Размыва" в 2002 - 2004 гг.

Книга с системным анализом причин аварии на участке "Размыв" будет 3-й в серии технических детективов. В 2018 г . в издательстве "Политехника" вышла моя 1-я книга "История грунтоцементной плиты второй сцены Мариинского театра" с анализом проблем и хода строительства подземной части здания Второй сцены Мариинского театра в Санкт-Петербурге, в том числе, с ответом на вопрос, почему не было построено здание театра по проекту Доминика Перро. В 2019 г . вышла 2-я книга "Последний путь подземного рудника «Мир»: Исследование причин катастрофы 4 августа 2017 г." в которой на основе фактического материала и проектных решений исследованы причины прорыва водо-грязе-каменной массы из карьера и последующего затопления рудника "Мир" грунтовыми водами. Если в издательстве отсутствует книга обращайтесь email: arhipov8@mail.ru

В новой книге на основе архивных документов (переписки Ленметростроя с Главным управлением по строительству тоннелей и метрополитенов (Главтоннельметрострой) Министерства транспортного строительства СССР, материалов заседаний партбюро строительно-монтажных управлений №9 и №15, технических отчетов 1974-1975 гг. по межскважинному акустическому просвечиванию замороженных грунтов в зоне прорыва плывуна и др.) будут исследованы причины затопления тоннелей на участке "Размыв".

Автор выражает глубокую признательность метростроителям: работникам ЗАО "СМУ-9 Метрострой" генеральным директорам Серебрякову Л.В. (за общее представление об органиции работ 1971-1975 гг), Уханову А.В. (консультации по горному способу проходки), начальнику ПТО Мишаченко Е.С. и начальнику 4-го участка (замораживания грунтов) Бруеву А.М. (консультации по технологии замораживания грунтов); независимому члену СРО "ОПС-Проект", инженеру-геологу, к.т.н. Ломакину Е.А (консультации по инженерно-геологическим условиям "размыва"), Особая благодарность участнику строительства и очевидцу аварии на "размыве" Мишаченко Е.С - за возможность восстановить последовательность событий и предоставленные фото.

ГЛАВА 1. ДО НАЧАЛА СТРОИТЕЛЬСТВА

1. Исторический очерк о Ленинградском метростроении

Строительство Ленинградского метрополитена, в первую очередь, решало военно-оборонительные задачи....В подземном пространстве размещались "спецсооружения" (заглубленный командный пункт, массовые бомбо- и газовые убежища для населения......)....Проект строительства 1-й очереди Ленинградского метрополитена в 1939 — 1940 гг. разработала Центральная проектная контора «Метропроект» (г.Москва)............

2. Рождение плана строительства IV участка Кировско-Выборгской линии

Путь крупного городского транспортного проекта в государственный план СССР начинался с обоснования местными органами (Ленгорисполком ....... В середине 1960-х годов район Гражданки был самым густонаселенным и удаленным от станций метро.......По данным ГАПУ Ленгорисполкома пассажиропоток........................

3. Геологические и гидрогеологические условия строительства

Для ввода читателя в проблемы проектирования, строительства и эксплуатации перегонных тоннелей на участке "Размыв" рассмотрены геологические и гидрогеологический условия строительства Ленинградского метрополитена...... Для сохранения принципа историзма при анализе проектных решений Ленметропроекта автор использовал источники.....

ГЛАВА 2. ПРОЕКТ IV УЧАСТКА КИРОВСКО-ВЫБОРГСКОЙ ЛИНИИ

2.1. Ленметропроект

Проект IV участка Кировско-Выборгской линии разработал «Ленметропроект»..........Год создания - 1946.....Численность работающих 265 чел....Руководство в 1967 - 1969 гг.: начальник С.И. Казанцев, главный инженер В.И.Медейко....... С 1969 г. начальник В.И.Медейко, главный инженер И.К.Сахиниди.... Главный инженер проекта (ГИП) в 1967 - 1973 гг. В.Н.Лукьянов....

Ленметропроект выполнил весь комплекс проектно-изыскательских работ: инженерно-геологические изыскания по трассе, : ....... и разработал рабочую документацию для ликвидации аварии на участке «Размыв» 8 апреля 1974 г.....

2.2. Производственный процесс

Приказом назначался главный инженер проекта (ГИП)......Для рассмотрения ответственных решений действовал технический совет ........Оборудование для проектирования конца 1960-х начала 1970-х годов: стол, кульман.....Размножение чертежей на светокопировальных .....Средства малой механизации вычислений переломались к.. .....Согласование чертежей между смежными отделами в Ленметропроекте проводили на ватманах.....

Рис. Фото (слево -- направо) Начальник Ленметропроекта В.И. Медейко, начальник отдела трассы В.М. Рюмин

2.3. Инженерно-геологические изыскания 1967-1968 гг.

"Размыв" - погребенная долина древнего русла реки Нева, врезанная в толщу коренных глин . Длина "размыва" по трассе тоннелей между станциями "Лесное" и "Площадь Мужества" около 450 м. ......Глубина размыва ..... В.И.Медейко принципиально избавлялся от сотрудников, уличенных в подтасовке геологических проб....

2.4. Варианты проектного задания и ход проектирования IV участка

Техническое задание на проектирование Ленметропроект получил из ГлавАПУ Ленгорисполкома в феврале..... должен был проработать 4 варианта трассы....

IV участок от станции "Площадь Ленина" (Финляндский вокзал).до станции «Академическая».....5 станций глубокого заложения («Выборгская» (67 м), «Лесная» (64 м), «Площадь Мужества» (67 м), «Политехническая» (65) и «Академическая» (64 м)), соединенные перегонными тоннелями. Станции "Площадь Мужества" и "Политехническая" - односводчатые с островной платформой; "Выборгская", "Лесная" и "Академическая" - колонного типа с обделкой из железобетонных тюбингов и системой металлоконструкций:. ........

а б

Рис. Трасса IV участка Кировско-Выборгской линии Ленинградского метрополитена в плане (а) и профиль трассы перегонных тоннелей на участке "Размыв" (б)

2.5. Проектные решения по участку "Размыв": трасса, технология проходки и крпеления тоннелей

Окончательное решение Ленметропроекта: глубокое заложение..,....Диаметр тоннелей 6 м.....Расположение тоннелей в одной плоскости (один над другим).............. Обделка тоннелей: чугунные тюбинги с болтовым креплением и внутренняя железобетонная обойма (внутренний слой - стальной лист толщиной 8 мм.................

Дискуссии по способу проходки: кесон или замораживание?

2.6. События лета 1972 г.

В конце 1971 г СМУ9 приступило к бурению замораживающих скважин по трассе правого тоннеля на территории завода Красный октябрь......

ГЛАВА 3. ЛЕНМЕТРОСТРОЙ 1971 - 1975 гг.

Управление строительства Ленинградского метрополитена (Ленметрострой) - крупное предприятие с собственным литейным, механическим, бетонным и деревообрабатывающим производством.........Начальники Ленметростроя в период строительства КВЛ-IV: Ю.Ф.Соловьев, с марта 1973 г. В.М.Капустин.

Фото Руководители Ленметростроя периода строительства КВЛ-IV (слево-направо): начальник Ю.Ф.Соловьев, главный инженер (с 1973 начальник) В.М.Капустин, главный инженер Г.А.Федоров (с 1973) г.)

Строительные организации Ленметростроя: СМУ 9, СМУ 11, СМУ 13, СМУ 15, СМУ 17, СМУ19, Тоннельные отряы №3 и №10 (СМП-1/Т) - строительные и горнопроходческие работы

.Конторы: Контора эксплуатации, проката, ремонта оборудования (КЭПРО, начальник Н.М.Филиппов, изготовление, монтаж и ремонт горнопроходческого оборудования: щиты, тюбингоукладчики и др.), Метроснаб (снабжение), ,Автотранспортная контора (АТК, начальник К.В.Пыжов, перевозка грузов: грунт, товарный бетон и др.), ЖКК....

Промышленные предприятия: Завод железобетонных конструкций и деталей (ЖБКиД,, изготовление тюбингов, товарного бетона, главный инженер В.Гуляев), Литейно-механический (ЛМЗ), Кузнечно-механический завод (КМЗ)......,

Фото (слево направо) Начальник СМУ-15 В.В.Горышин, Начальник СМУ-17 А.С.Туманов, начальник СМУ-9 М.М.Синичкин, глав. инженер СМУ-9 В.И.Хрящев

Новые технологии для КВЛ-IV

Обделка, обжатая в породу. Испытание обделки обжатой в породу произведено в апрель-сентябрь 1970 г. на опытном участке при щитовой проходке Тоннельным отрядом №3 в левом перегонном тоннеле между шахтами №409 и №410 Невско-Василеостровской линии..... установлено 150 колец из тюбингов 5НСК-4А и 490 колец блочной обделки "московского" типа......

Рис. Ковш активного деййствия

ГЛАВА 4. СТРОИТЕЛЬСТВО И АВАРИЯ НА УЧАСТКЕ "РАЗМЫВ"

4.1. Ход строительства

Официально строительство продолжения Кировско-Выборгской на север началось в 1971 г...... Шахты для выхода на трассы перегонных тоннелей располагались по адресам:........

Строительство шахтных стволов и эскалаторных тоннелей

Проходка всех шахтных стволов и наклонных ходов (эскалаторных тоннелей) произведена под защитой ледогрутового ограждения...... Эксперимент по проходке ствола шахты №211 (станция "Лесное") методом опускного колодца в тиксотропной рубашке закончился неудачей......

Работы по замораживанию грунтов Управления №157

Управление №157 треста "Спецстрой" появилось Ленинграде в октябре 1971г. после неудачной попытки СМУ-9 Ленметростроя пробурить замораживающие скважины на площадке наклонного хода станции "Площадь Мужества"........буровой станок ТУНБ-150 для наклонного бурения и монтажа замораживающих колонок.....Управление №157 было объявлено главным виновником в срыве сроков проходки наклонных ходов станций "Политехническая" и "Лесное"

Рис. Бурение замораживаюшей скважины Управлением №157 на эскалаторном тоннеле станции "Политехническая"

Проходка перегонных тоннелей на горном эректоре и механизированными коплексами (щитами)

Механизированный комплекс со щитом Ленинградского типа и тоннельный комбайн КТ-1-5,6 (Ясиноватский машиностроительный завод).....Диаметр тоннелей в проходке 5,6 м. Щит отталкивается гидравлическими домкратами от установленной обделки и подает вращающийся рабочий орган на забой. Режущие элементы (фрезы и др.) рабочего органа разрушают забой. Горная масса попадает на транспортер и, далее, нагружается в вагонетки. Вагонетки откатываются по рельсам электровозом. После проходки 1 м между обоймой щита и установленной крепью собирается новое кольцо из тюбингов. Типы обделки тоннелей при щитовой проходке: бетонные тюбинги обычного типа, обделка, обжатая в горную породу, с узлами разжатия на горизонтальном диаметре или лотке.

4.2

4.3 Проходка СМУ17 от шахты №214 к шахте №213

Начальники СМУ17 Е.Ф Седнев, А.С.Туманов (1973-74), А.Н.Лапин (1975 г.) 1974 г.: глав. инженер А.Н.Лапин. секретарь партбюро Л.Егоров, позднее В.И.Тимофеев...

. 1971 г. Начальник СМУ17 Е.Ф Седнев после пятого срыва сдачи шахты №214: "Все оборудование для нового механизированного комплекса изготавливается КМЗ по чертежам Ленметропроекта. Оба эти предприятия не отличились ни прилежностью, ни умением при выполнении данного заказа, и на шахту отправлют регулярно плоды своего труда, в которых удивительно тонко сочетаются недостатки проекта с плохим исполнением".

4.4. Проходка СМУ15 от шахты №213 через участок "Размыв" к площади Мужества

Начальник СМУ15 (1974г.) В.В.Горышин, глав. инженер В.Н.Александров. секретарь партбюро А.В.Большаков...

СМУ15 работает на трех участках ....участок №3 (нач. Б. Черфас) на шахте №213....

В 1-м полугодии 1972 г СМУ15 на шахте №213 занималось строительством зданий замораживающих станций, достраивало душкомбинат, "под землей" готовилось к проходке левого перегонного тоннеля к станции "Лесное"...

Рис. Бригадиры проходческих бригад СМУ15, работавшие на шахте №213 (слево-направо):

А.В.Матвеев (работал в нижнем тоннеле на "размыве"), А.А. Малышев (работа на щите в сторону ст. "Лесное" и "размыве)"

...

Технология проходкии тоннелей на учаске "Размыв" - Диаметр тоннелей 6 м....спецспособ (предварительное искусственное "рассольное" замораживание грунтов (охлажденным до температуры -10 - -20 ^оС рассолом, циркулирующим по замораживающим колонкам ). ......ручная разработка забоя отбойными молотками и монтажом чугунной обделки тюбингоукладчиком (эректором с электроприводом)..... Разработка забоя начиналась сверху на глубину 0,75 - 0,85 м (вдоль оси тоннеля) с установкой деревянного крепления кровли (доски с глиньями). По мере разработки забоя устанавливалась деревяная затяжка с упором на горизонтально установленные трубы.

Предварительные дискуссии по способу разработки забоя : отбойные молотки, взрывание... использование для растепления коаксиальных или СВЧ нагревателей.....

Рис. Вид на забой в зоне "размыва"

4.5. Замораживание грунтов на "размыве" СМУ9

Начальник СМУ-9 (1974г.) М.М.Синичкин, глав. инженер В.И.Хрящев, секретарь партбюро М.В.Луппо... главный маркшейдер М. Васильев...

СМУ9 работает на четырех участках ....участок №3 буровые работы (нач. Б. Яковлев) и участок №4 замораживание грунтов (нач. В. Букреев) на шахте №213.... Бригады бурильщиков СМУ9 О.Е. Веселова и А.И. Романцева пробурили ....

а б

Рис. Бурение замораживающих скважин на участке "Размыв"(а) и машинист аммиачных холодильных установок СМУ9 Е. С. Мишаченко в замораживающей станции №7 участка "Размыв" (фото Евгения Мишаченко 1974 г)

4.6

4.7. Авария 7 апреля 1974 г.

Воскресенье день тяжелый...... при проходке нижнего тоннеля произошел прорыв плывуна в выработку. ....... были закрыты аварийные затворы за шахтой №213.

[СМУ9] при разгерметизации .....раствор хлористого кальция – мог уйти в грунт ...... дальнейшее замораживание грунта ..... дежурившие на замораживающих станциях машинисты холодильных установок И.Я. Лаврентьев и Н.И. Амосов. остановили циркуляцию рассола в..........................

Угрозу для персонала представлял аммиак (хладогент) в компрессорах ....: ......

Рис. Положение тоннелей на перегоне "Лесная" - "Площадь Мужества" при аварии 8 апреля 1974 г.

Для прекращения осадок поверхности земли тоннели были принудительно затоплены водой из водопровода.

4.8. Межскважинное акустическое просвечивание грунтов на участке "Размыв" при ликвидации аварии 1974 - 1975 гг.

В мае 1974 г. Управление Ленметростроя обратилось во Всесоюзный научно-исследовательский инстиут методики и техники разведки (ВИТР) (директор Г.К.Волосюк, зам.директора А.Ф.Фокин) с просьбой оказать помощь при ликвидации последствий аварии на участке Кировско-Выборгской линии Ленинградского метрополитена (участок "Размыв").

Поставленная задача определения размеров зоны плывуна, вклинившегося в ледогрунтовый массив на участке в районе площади Мужества, была успешно решена учеными и инженерами ВИТР методом межскважинного акустического просвечивания (МАП) аппаратурой МАП-1. Состав группы выполнявшей МАП: Андреев О.С. (старший научный сотрудник, руководитель группы), Стрыгин Д.М. (старший инженер, инженер-оператор), Рудакова Н.П. (старший инженер, инженер интерпретатор), Терентьев Е.М. (механик, техник оператор), Белякова Л.С. (механик, техник интерпретатор), Авласенков Г.А. (ведущий конструктор, инженер оператор), Тарасов А.В. (механик).

С работ по ликвидации аварии между станциями «Лесная» и «Площадь Мужества» началось внедрение метода межскважинного акустического просвечивания (МАП) в практику строительства шахтных стволов и наклонных ходов г. Ленинграда. Метод МАП позволял получить информацию о состоянии подземного пространства, которую невозможно получить с поверхности земли другими геофизическим методами. Применение метода МАП в дальнейшем позволило избежать ряд авариий на крупных объектах строительства канализационных коллекторах и метро в Ленинграде (Санкт-Петербурге). Отсутствие метода МАП в системе геомониторинга, по мнению автора, стало одной из причин аварии 1995 г. при эксплуатации тоннелей между станциями «Лесная» и «Площадь Мужества» и аварии на подземном руднике "Мир" 4 августа 2017г.

а б в

Рис. . Участники ликвидации аварии на участке "Размыв" в 1974 - 1975 гг. и аппаратура МАП-1

а) Беляева Л.С., Андреев О.С., Рудакова Н.П. (1970-е); б - Стрыгин Д.Н. в подземной горной выработке с аппаратурой МАП (1970-е, Дальний Восток); в - аппаратура межскважинного акустического просвечивании МАП-1 (1972 г.),

Автор после окончания Горного института в 1985 г. работал в одном отделе с участниками ликвидации аварии на участке "размыв".

Андреев Олег Серафимович высококлассный инженер-электромеханик. Упор делал на практику и надежную эксплуатацию аппаратуры в полевых условиях. Виртуозно осуществлял сборку скважинных приборов.

Стрыгин Дмитрий Николаевич - опытный специалист-электронщик, разработчик электронных схем и исследователь. В 1987 г. Дмитрий Николаевич, уже болея, заменил в домашних условиях сгоревший входной каскад усилителя анализатора спектра, который автор привез в рюкзаке с полевых работ на г.Северный Лявочорр (Хибины). Автор сжег анализатор спектра в ночную смену, когда без разрешения начальника партии Б.Б.Шатрова упражнялся с подачей сигнала от вибродатчика, установленного на сальнике вертлюге буровой установки. Неработающий прибор поставил под угрозу выполнение полевых работ по исследованию акустических явлений в призабойной зоне бурящихся скважин. С прибором в рюкзаке и общим осуждением автор отбыл на поезде в Ленинград. Это была трагедия молодого специалиста. Думаю, Дмитрий Николаевич почувствовал переживания молодого человека при встрече и радость при получении отремонтированного прибора.

Рудакова Нина Петровна дочь Героя Советского Союза, командира авиаполка истребителей Балтийского флота П.Кондратьева занималась обработкой данных измерений и была яркой женщиной с живым умом. Панкратов Евгений Михайлович - ведущий конструктор, уравновешенный человек, отличался тщательной проработкой конструкции скважинных приборов и наземных блоков. Беляева Любовь Степановна - грамотный инженер и очень добрый человек, выполняла чертежные работы, монтажные работы и изготовление печатных плат.

Результаты исследований

С мая 1974 г. по декабрь 1975 г. контроль состояния ледогрунтового массива методом МАП был проведен на всей зоне «Размыва» в интервале глубин 50—85 м, а после замораживания жидким азотом и на участке «Азотная перемычка» на ПК182+57,0 - ПК182+79,7. В процессе исследований были установлены скорости распространения упругой волны в естественных и замороженных грунтах, что стало основой для принятия решения о начале проходческих работ на участке «Размыв» после замораживания и последующего многолетнего использования методики контроля сплошности ледогрунтовых ограждений в Лениграде (Санкт-Петербурге).

а б

Рис. Схема прозвучивания ледогрунтового массива участка Размыв в 1974г. (а) и распределение плывуна по однгому из сечений в контуре ледогрунтового массива (б)

На методические рекомендации по контролю сплошности ледогрунтового массива методом межскважинного акустического просвечивания (МАП) был получен положительный отзыв начальника отдела организации и механизации работ Ленметропроекта Н.И.Кулагина и начальника технического отдела Лейбман Я.Д. (1977)

4.9. Ликвидация аварии и окончание проходки

Научные организации: Всесоюзный институт техники разведки (ВИТР) Министерства геологии СССР (директор Г.К.Волосюк, зам.директора А.Ф.Фокин) - исследование состояния замороженных грунтов методом межскважинного акустического просвечивания (МАП). Институт прикладной химии (ГИПХ) - проект термометрической системы для замораживания жидким азотом (теромопары + самопишущие логометры?), расчеты и контроль режимов замораживания на ЭВМ.

Научно-исследовательский институ химического машиностроения (НИИХИММАШ) - проект замораживающей сети жидким азотом.

Ленинградский институт холодильной промышленности - расчеты замораживания грунтов жидким азотом..

Ленинградская научно-исследовательская лаборатория ЦНИИС (ЛенНИЛ ЦНИИС) - наблюдения за работой конструкций станций обделки, обжатой в горную породу, - измерение напряжений и деформаций с помощью динамометрических блоков и др.

Ленинградский институт железнодорожного транспорта (ЛИИЖТ, кафедры тоннелей, строительных материалов) - испытание конструкций, подбор высокопрочного водонепроницаемого бетона для внутренней обоймы, повышающей прочность тоннеля, в зоне искусственно замороженных грунтов .......

Устройство ледогрунтовой перемычки. замораживания жидким азотом. Температура жидкого азота равнялась -196 ^оС, что позволяло увеличить скорость нарастания и диаметр ледогрунтового цилиндра. ..... с поверхности были пробурены скважины для слива жидкого азота.

подготовка проходки зоны "Размыва" со стороны площади Мужества (СМУ 17). Строительство новых замораживающих станций (СМУ 15 и СМУ 9).........

1975 г. .... марта 1975 г. открыто движение на участке метро между станциями «Площадь Ленина» ...; 31 декабря 1975г. - до станции Академическая".

Эксплуатация тоннелей 1976 - 1995 гг. И АВАРИЯ 1995 г.

Эксплуатация тоннелей

Эксплуатант - Ленинградский метрополитен (Начальник В.Г.Аверкиев, главный инженер В.А.Елсуков).....

Проблемы при эксплуатации тоннелей были связаны с поступлением грунтовых вод через стыки между тюбингами (трещины в обделке ). Опасность заключалась в наличии в грунтовых водах твердых частиц (песка), что приводило к разуплотнению грунтов за обделкой тоннелей, а также затрудняло откачку и уборку тоннеля для движения поездов.

Рис. Обделка тоннелей на аварийном участке между станциями "Лесная" и "Площадь Мужества" в районе ПК 183

1 - кольцо диаметром 6 м из чугунных тюбингов; 2 - железобетонная обойма; 3 - стальной лист толщиной 8 мм ; 4 - путевой бетон (бетонное основание рельсового пути).

Состояние тоннелей перед аварией

Вид тоннелей в 1994 (95) г. (фото с сайта http://ndt.spb.ru)

Авария 1995 г.

В декабре 1995 г. участки тоннелей между станциями “Лесная” и “Площадь Мужества” были отделены от остального метро бетонными перемычками и принудительно затоплены водой

Для перевозки людей на поверхности сначала был запущен автобусный маршрут №100 между станциями Площадь Ленина и Площадь Мужества и железнодорожной станцией Ручьи......между станциями Лесная и Площадь Мужества - автобусный маршрут №80. Несмотря на короткий интервал, по воспоминаяниям автора, в автобусах №80 в часы пик была тесно.

В 2002 - 2004 гг. сообщение по Кировско-Выборгской линии метрополитена восстановлено путем проходки через зону "Размыв" новых обходных тоннелей.

В настоящее время погребенные тоннели брошены и живут своей жизнью в подземном пространстве.

Причины аварии и затопления тоннелей в 1995 г.:

Причины принятия решения о затоплении тоннелей (оценка ситуации)......: отсутствие технической возможности прекратить поступление грунтовых вод в песком внутрь тоннелей, риск одномоментного локального разрушения обделки тоннелей с затоплением перегона Лесная - Площадь Мужества, вероятная гибель людей....

ПРОХОДКА НОВЫХ ОБХОДНЫХ ТОННЕЛЕЙ ЩИТОМ "ВИКТОРИЯ"

Заказчик строительства: Санкт-Петербург. Губернаторы Санкт-Петербург В.А.Яковлев (02.06.1996 - 06.2003), В.И.Матвеенко (05.10.2003 - 22.08.2011), вице губернатор Ю.Антонов, вице-губернатор, отвечающий за вопросы капитального строительства А.И.Вахмистров (2000 - 2010 гг.),

Генеральный подрядчик: ОАО «Метрострой» (генеральный директор В.Н.Александров, главный инженер Ю.А.Филонов) ,

Субподрядчик на проходку тоннелей: совместное итало-шведское предприятие (СП) Impregilo/NCC (Impregilo (Italy) - NCC (Sweden) JV (joint venture))

В 1997 году СП Impregilo/NCC выйграло тендер на проведение работ по восстановлению сквозного движения между станциями Лесная и Площадь Мужества.

Новые тоннели должны были быть пройдены с помощью проходческого щита. В том же году ОАО «Метрострой» заключил договор с концерном Impregilo/NCC на проходку двух тоннелей. Детали щита стали поступать в Санкт- Петербург в конце 1999 г. Фактически, из-за задержки с финансированием и организационных проблем, к проходке тоннелей приступили в начале февраля 2002 г. Проходка двух тонелей происходила в 2002 - 2003 гг.

Заказ Санкт-Петербурга на производство сегментов (железобетонных блоков) для обделки тоннелей в 1999 г. (?) получило ЗАО "Метробетон" (Санкт-Петербург, генеральный директор Кондратенко В.В.). Закуплена и смонтирована технологическая линия. Формы и технологию для изготовления сегментов обделки тоннелей поставило СП Impregilo/NCC.

Характеристики тоннелей горнопроходческого оборудования

Число тоннелей - 2. Тип тоннеля - однопутный, диаметр 7,4 м, длина 790 м, сечение - 69,5 м², тип обделки - сегментная, тип кольца - универсальный, толщина блоков обделки 0,4 м, число сегментов в кольце обделки 5+1, длина кольца 1,4 м.

Тоннелепроходческий механизированный комплекс (ТПМК). Модель щита PDS 740-OS/RM. Производитель Voest-Alpine Bergtechnik GesmbH. Год изготовления 1993 г. Тип щита Polyshield (щит). Щит получил название "Виктория". Диаметр режущей головки 7,385 м, мощность привода 320 кВт, осевой усилие подачи - 60000 кН, крутящий момент 5500 кНм

Осложнения при проходке: износ породоразрушающих элементов режущего органа (остановка щита для замены), кратковременная потеря направления при проходке первого тоннеля, осложнения с подачей бентонитового раствора к забою с наземного растворного комплекса

Исследование состояния затюбингового пространства и обделки новых тоннелей

Рис.1. Фото на щите "Виктория" в конце первого перегонного тоннеля у "Площади Мужества"

Работы по определению состояния затюбингового пространства методом акустического зондировании в новых тоннелях №1 и №2 между станциями "Лесная" и "Площадь Мужества" проходили в период апрель – октябрь 2003 г. В целом работа была нелегкой из-за необходимости вписывания в производственный цикл и транспортировки в тоннель, в то время, громоздкой аппаратуры. Кроме тяжелого генератора импульсов тока мы таскали с собой в тоннель компьютер с трубочным монитором, который использовался в качестве регистрирующего устройства. Портативные компьютеры уже были, но купить их было не на что. Интересно, что бытовой компьютер в условиях повышенной влажности ни разу не отказал. Плохо одетые люди, которые часто перетаскивали вниз в тоннель и поднимали наверх грязные коробки, вызывали подозрение. И однажды на стволе 213бис нас построили и обыскали бдительные работники СМУ-11 под руководством Александра Анатольевича Сотникова. Но ничего не нашли и отпустили.

На каждом объекте создаются моменты, от которых зависит дальнейший ход событий. Иногда аппаратуру не поднимали на поверхность и оставляли в камере ствола. Однажды камеру стало подтапливать и если бы не работниками метростроя, которые подняли аппаратуру на верхний стеллаж, дальнейших работ бы не было. Автор, к сожлению, не помнит их имена, но до сих пор испытывает к ним глубокую признательность. В один из дней в июле автор наблюдал интересное физическое явление, когда весь тоннель был заполнен туманом. Видимость составляла первые метры. Туман в тоннеле возник при поступлении (вентиляции) теплого влажного воздуха (в то время на поверхности шли дожди).

Сквозное движение по Кировско-Выборгской линии Санкт-Петербургского метрополитена по обходным тоннелям было открыто 26 июня 2004 г. На открытии линии присутствовал Президент РФ В.В.Путин.

ОПЫТНЫЕ РАБОТЫ ПО КОНСЕРВАЦИИ ТОННЕЛЕЙ И УКРЕПЛЕНИЮ ГРУНТОВ В ЗОНЕ "РАЗМЫВА" 2012-13 гг.

Генеральный подрядчик ООО "Стис", проектная организация - Ленгипроинжпроект......

Работы ООО "Геодиагностика" по исследованию состояния ЗАТОПЛЕННЫХ тоннелей и укрепленных грунтов в 2012-13 гг.

Определение положения затопленных тоннелей и состояния вмещающих грунтов в 2012 г.

а б в

Рис. . Участок “Размыв” при определении ООО "Геодиагностика" положения затопленных тоннелей методом межскважинного акустического просвечивания 16 - 21.08.2012

а - Архипов А.Г., б -Главный инженер ООО "Геодиагностика" Гулецкий Н.Н.; в - спуск скважинного приемника упругих вол в наблюдательную скважину

Цель работы - определение положения (глубины) залегания погребенных тоннелей и состояния вмещающих естественных грунтов.

Объект исследования - погребенные тоннели и естественные грунты на участке "Размыв" между станциями метро “Лесная” и “Площадь Мужества”.

Работы выполнялись ООО "Геодиагностика" по договору №6/2012 от 26.07.2012г. "Сейсмоакустические исследования естественных и укрепленных грунтов в зоне затопленных тоннелей от станции “Лесная” до станции “Площадь Мужества”” с ГУП “Ленгипроинжпроект”.

Субподрядчик ООО "Геодиагностика". Исполнители: Архипов А.Г. (руководитель работ), Гулецкий Н.Н. (главный инженер), Ивашев В.К. (ведущий научный сотрудник).

Метод геофизических (акустических) исследований – межскважинное акустическое просвечивание (прозвучивание) МАП.

Аппаратура: аппаратурный комплекс импульсного акустического просвечивания и зондирования АПЗ-1 (разработчик ООО”Геодиагностика”, Россия). Сертификат калибровки средства измерения №2520-106/ЭУ-2012 от 22.03.2012.

Для проведения акустического просвечивания использованы четыре наблюдательные скважины, расположенные по обе стороны от трассы затопленных тоннелей. Интервал исследований по глубине 0- 90 м. Подготовка и заполнение водой наблюдательных скважин выполнены ООО “СУ-299” .

а б в

Рис. Схемы и результаты межскважинного акустического просвечивания подземного пространства с погребенными тоннелями в районе площади Мужества

а - схема прозвучивания в плане; б - схема прозвучивания в вертикальной плоскости; в - зависимости скорости упругой волны от глубины между скважинами №2/5151 - №3/5152 и №2/5151 - №5/5154 в вертикальных плоскостях, пересекающей (1) и параллельной (2) затопленным тоннелям

- направления лучей акустического просвечивания; 2/5151 – номера скважин

Мониторинг зоны "Размыва"

После ознакомления с отчетами по мониторингу начала 2000-х годов, автор, заметил, что "Размыв" стал, в некотором роде, "полем чудес" для организаций ........и методов, результаты которых не могут быть подтверждены при проходке.

С удовлетворением автор отмечает, что использованная ООО "Геодиагносттика" аппаратура и методика прозвучивания на прямых проходящих продольных волнах позволилии определить глубину залегания тоннелейс погрешностью +0,5 м (проверено бурением в 2013г.). Ранее выполнявшая на участке "Размыв" в тех же скважинах сейсмоакустическое прозвучивание организация не смогла обнаружить погребенные тоннели. Причинами неуспеха конкурирующей организации, по мнению автора, стали недостаточная чувствительность скважинного приемника упругих волн и использованная методика прозвучивания на поперечных упругих волнах. Конкуренты не смогли выделить на записях первое вступление продольной упругой волны и от безысходности стали работать на хорошо выделяемых поперечных волнах. Но в слоистом разрезе прозвучивание на поперечных упругих волнах сопровождается интерференционным искажением записей и высокой погрешностью выделения первого вступления. Как следствие, неконтролируемой становится погрешность измерения и скорости распространения поперечной упругой волны. В результате, конкурирующие ученые, хоть и призналась. что не могут выделить продольную упругую волну, но погрязли в спекулятивных выводах о состоянии грунтов участка "Размыв".

Автор неоднократно выполнял исследования грунтов и состояния подземных ограждений шахт и тоннелей в районе площади Мужества методом межскважинного акустического просвечивания (МАП):

а) В 2001-2005 гг. выполнен контроль сплошности подземных ограждений ствола шахты метро №214бис (ул.Карбышева) и стволов №№1, 4, 5, 5.1, 5.2, 7. дублера канализационного коллектора в районе площади Мужества, строительство которого сопровождалось небывалым числом авариий.

б) В 2003 г. на проходческом щите “Виктория” выполнены исследования затюбингового пространства новых обходных тоннелей №1 и №2, пройденных между станциями “Лесная” и “Площадь Мужества".

в) В 2012 г. ООО «Геодиагностика», которым руководит автор, по заказу ГУП "Ленгипроинжпроект" на ПК183 определяло положение погребенных тоннелей, исследовало массив горных пород и контролировало качество закрепления грунтов на опытном участке.

г) В 2013 г. ООО «Геодиагностика» по заказу ООО "СТИС" исследовало внутреннее пространство верхнего погребенного тоннеля через две пробуренные скважины.

Контроль сплошности и прочности укрепительной цементации в 2012 г.

а б в

Рис. . Участок “Размыв” при контроле сплошности и прочности укрепительной цементации 30.12.2012

а - общий вид опытного участка (на заднем плане, слево от буровой установки видно здание НПО "Аврора", поврежденное при аварии 1974 г.; б - спуск приемника упругих вол в наблюдательную скважину; в - насос высокого давления комплекса струйной цементации ООО "СТИС"

Результаты определения сплошности, прочности материала и глубины струйной цементации:

...........................................................................................................

Что внутри тоннелей? Исследование ООО "Геодиагностика" в 2013 г. внутреннего пространства верхнего затопленного тоннеля

Объект исследований – верхний затопленный тоннель на участке "Размыв" между станциями “Лесная” и “Площадь Мужества” Санкт-Петербургского метрополитена на.участке ПК183, Цель работы — определение среды, заполняющей тоннель, получение фоновых сейсмоакустических характеристик для последующего контроля качества тампонажа тоннеля. Метод геофизических исследований – межскважинное акустическое просвечивание (прозвучивание) МАП.Работы выполнялись ООО "Геодиагностика" по договору №3/2013 от 18.02.2013г. “Сейсмоакустические исследования верхнего тоннеля по объекту «Проект стабилизации массива пород с целью локализации зоны осадок территории, ограниченной улицами Новороссийская, Карбышева, Политехническая и Площадью Мужества»” с ООО “СТИС”. Для проведения акустического просвечивания использованы две наблюдательные скважины, пробуренные с поверхности земли совместными усилиями ООО "CУ 299" и ООО “СТИС” внутрь верхнего тоннеля. В результате межскважинного акустического просвечивания определены кинематические и динамические характеристики упругих волн в среде, заполняющей тоннель и в грунтах кровли тоннеля. По величине и изменению акустических параметров установлена среда, заполняющая тоннель

а б в

Рис. . Схема межскважинного акустического просвечивания ООО "Геодиагносика" внутреннего пространства верхнего затопленного тоннеля (а) и участок “Размыв” 27.02.2013 (б, в)

ВЫВОДЫ:

1. Причины аварии при проходке тоннелей 7 апреля 1974 г.:

2. Причины аварии при эксплуатации тоннелей в декабре 1995 г.:

а) .....................

б) Отсутствие информации о состоянии грунтов основания тоннелей

.....

3. Риски для целостности действующих обходных тоннелей через зону "Размыва"

4. Предложения по введению в эксплуатацию земельных участков в районе площади Мужества с погребенными тоннелями

Информация для связи:

E-mail: arhipov8@mail.ru

Telephone: +7(911)1582796

Internet: www.geodiagnostics.ru

Полное или частичное копирование материалов разрешено только при обязательном указании автора и прямой гиперссылки на сайт www.geodiagnostics.ru