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

Принимаются предварительные заказы на новую книгу "Исследование причин аварии и затопления тоннелей Санкт-Петербургского метро на участке "Размыв". Книга будет в 2-х частях. Планируемое издание 1-й части - 2-я половина 2025 г.

Доктор технических наук Архипов Алексей Германович

ООО “Геодиагностика”, Санкт-Петербург

Рис. Извлечение замораживающих колонок из скважин на участке "Размыв" буровым станком ЗИФ-1200 в 1975 г. (Фото [СМУ9])

Введение

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 организации работ при строительстве IV участка Кировско-Выборгской линии 1971-1975 гг.), Уханову А.В. (консультации по горному способу проходки), начальнику ПТО Мишаченко Е.С. и начальнику 4-го участка 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"), руководителю группы АО "Ленметрогипротранс" Барсукову Л.М. (консультации по проектированию замораживания грунтов). Особая благодарность участнику строительства и очевидцу аварии на "размыве" Мишаченко Е.С - за возможность восстановить последовательность событий и предоставленные фото.

Часть 1. СТРОИТЕЛЬСТВО IV УЧАСТКА КИРОВСКО-ВЫБОРГСКОЙ ЛИНИИ

ГЛАВА 1. ДО НАЧАЛА СТРОИТЕЛЬСТВА

1.1. 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 — 1941 гг. разработала Центральная проектная контора «Метропроект» (г.Москва)............

1.2. Рождение плана продолжения линии метро на север Лениниграда

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 ГлавАПУ Ленгорисполкома пассажиропоток........................

Рис. Фото Площади Мужества 1963 г. (слево, автор Лосин С.С.) и 1974 (справо, автор Лавут С.И.)

1.3. 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.....

Рис. Здание Ленметропроекта 1955 г. (автор Науменков В.В.)

2.2. Производственный процесс

Приказом назначался главый 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) Начальники Ленметропроекта Казанцев С С. (до июня 1969 г), Медейко В.И. , нач.отдела трассы Рюмин В.М.

2.3. Инженерные 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 ..... Глав. инженер В.И.Медейко принципиально избавлялся от сотрудников, уличенных в подтасовке геологических проб....

2.4. Ход проектирования и варианты проектного задания

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. План трассы IV участка Кировско-Выборгской линии Ленинградского метрополитена (а) и участка "размыв" (б)

2.5. Проектные решения по участку "Размыв": трасса, технология проходки, обделка 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, олицованная стальным листом 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 ......

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, глав. инженер (с 1973 начальник) В.М.Капустин, глав. инженер Г.А.Федоров (с 1973) г.

Строительные организации Ленметростроя: СМУ-9, СМУ-11, СМУ-13, СМУ-15, СМУ-17, СМУ-19, Тоннельный отряд №3, СМП-1/т (Тоннельный отряд №10)....

.Конторы: Контора эксплуатации, проката, ремонта оборудования (КЭПРО, нач. Н.М.Филиппов), Метроснаб (нач. Корогодский А.Н.), Автотранспортная контора (АТК, нач. К.В.Пыжов), ЖКК....

Промышленные предприятия: Завод железобетонных конструкций и деталей (ЖБКиД,, изготовление тюбингов, товарного бетона, нач. Скоринов А. (с 1971г.), глав. инженер В.Гуляев), Литейно-механический завод (ЛМЗ), Кузнечно-механический завод (КМЗ)......

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

Фото (слево направо) Глав. диспетчер Управления (1975, до окт 1971 нач. Т0 №3) Д.И.Сепитый, нач. СМУ-13 А. Д. Евстратов, нач. СМУ-11 Ю.И. Иванов

Новые технологии для КВЛ-IV

Обделка, обжатая в породу. Испытание обделки, обжатой в породу произведено Тоннельным отрядом №3 в апреле - сентябре 1970 г. на опытном участке щитовой проходки 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......

а б

Рис. Новые технологии для КВЛ-IV

а - Экскаватор с ковшом активного деййствия (применялся при строительстве станций "Площадь Мужества" и "Политехническая"), б - Бурение Управлением №157 замораживаюшей скважины станком ТУНБ-150 на площадке эскалаторного тоннеле ст."Политехническая"

Научные организации

Ленинградская научно-исследовательская лаборатория ЦНИИС (ЛенНИЛ ЦНИИС) - наблюдения за работой конструкций 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 состава бетона для внутренней обоймы тоннелей в зоне замороженных грунтов .......Ленинградский горный институт.....

ГЛАВА 4. СТРОИТЕЛЬСТВО 1971 - 1973 гг

4.1. Ход строительства

Официально строительство продолжения Кировско-Выборгской на север началось 1 января 1971 г...... Шахты для выхода на трассы перегонных тоннелей располагались по адресам:........

Строительство шахтных стволов и эскалаторных тоннелей

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

Работы по замораживанию грунтов Управления №157 Главтоннельметростроя

Управление №157 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"......

. Горная проходка перегонных тоннелей

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

Щиты Ленинградского типа и тоннельные комбайны 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 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. Замораживание грунтов на "размыве" СМУ-9

СМУ-9 (Начальник М.М.Синичкин, глав. инженер В.И.Хрящев, секретарь партбюро М.В.Луппо... глав. маркшейдер М. Васильев...работает на четырех участках ....буровой участок №3 (нач. И. В. Сирота) и участок №4 замораживания грунтов (нач. П. П. Василенко) на "рахмыве".... Бригады бурильщиков О.Е. Веселова и А.И. Романцева пробурили ....

а б

Рис. Бурение скважин на участке "Размыв" (а) и машинист аммиачных холодильных установок СМУ-9 Е. С. Мишаченко в холодильной станции №7 (фото Евгения Мишаченко 1974 г)

4.3. Проходка СМУ-15 от шахты №213 через "размыв" к площади Мужества

В 1971 г. СМУ-15 (Начальник Г.А. Федоров, глав. инженер В.В. Горышин) работает на трех участках ..на шахте №213 участок №2 (нач. Б. Черфас) ...... появился участок №3 (нач. В. Зотов) ..

Фото Глав. инженер СМУ-15 В.Н.Александров с .... (справо), нач.участка №2 (шахта №213) Б.В. Черфас, нач. участка №3 В.К.Зотов

Ствол шахты №213 был пройден в 1-м квартале 1972 г. На поверхности участок №2 СМУ-15 занимался строительством зданий холодильных станций, в муках достраивал дущкомбинат, под землей — готовились к щитовой проходке тоннеля в направлении «Лесное». Газета «Ленинградский метростроитель», по наводке, «засветила» нарушение санитарных норм на шахте №213: «проходчики переодеваются в тесном сарайчике, без отопления, вентиляции, сушки одежды и обуви»...

Рис. Бригадиры проходческих бригад СМУ15 шахты №213 (слево-направо): А.В.Матвеев, А.А.Малышев, М.Г.Тиханович, М Семенов, К.С.Татаринович

...

Технология проходкии тоннелей на учаске "Размыв" - ...спецспособ (предварительное искусственное "рассольное" замораживание грунтов (температура, циркулирующего по замораживающим колонкам рассола -10 - -20 ^оС ). ...... разработка забоя отбойными молотками.... монтажом чугунной обделки тюбингоукладчиком ..... 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, буро-взрывные работы... растепление коаксиальными или СВЧ нагревателями.....

Рис. Вид на забой в зоне замораживания грунтов участка "размыв"

4.4 Горная проходка перегонных тоннелей СМУ17 от шахты №214 в сторону "размыва" (станции "Лесное")

Начальник СМУ17 Е.Ф Седнев, позднее А.С.Туманов (1973-75), глав инженер А.Н.Лапин (начальник с 1975 г.), секретарь партбюро Л.Егоров, позднее В.И.Тимофеев...

. 1971 г. Начальник СМУ17 Е.Ф Седнев после пятого срыва сдачи шахты №214 выдал шедевр строительного эпистолярного жанра: "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". .....

5. АВАРИЯ НА УЧАСТКЕ "РАЗМЫВ"

автор продолжает разбираться с датой начала проблем под землей, проблемы на поверхности начались 7 апреля 1974 г. (воскресенье)

5.1 Зачем бурили, зачет топили, где главный инженер

........ день тяжелый, ..... апреля, приблизительно в 16 часов на смене бригады ........... в забое нижнего нижнего тоннеля произошел прорыв плывуна в выработку. ....... был закрыт аварийный затвор за шахтой №213.

Руководство СМУ-15 (1974) Нач. В.В.Горышин, глав. инженер В.Н.Александров (в отпуске), секретарь партбюро Е.Егоров...

Рис. Положение тоннелей на перегоне "Лесная - Площадь Мужества" за шахтой №213 на 7 апреля 1974 г.

5.2 Оперативные мероприятия по стабилизации обстановки

......Для прекращения осадок поверхности земли участки тоннелей, шахта №213 с околоствольныйми выработками ..... были принудительно затоплены водой из водопровода. Высота столба воды в стволе.... м

6. Ликвидация АВАРИИ

6.1 План ликвидации аварии

6.2 Межскважинное акустическое просвечивание ледогрунтового массива 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 "Размыв" Кировско-Выборгской линии Ленинградского метрополитена. Задача определения размеров зоны плывуна, вклинившегося в ледогрунтовый массив на участке "размыв" 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. (старш.науч.сотр, руководитель группы), Стрыгин Д.М. (стар. инженер, инженер-оператор), Рудакова Н.П., инженер Беляева Л.С.....

С работ по ликвидации аварии на участке "размыв" началось внедрение метода МАП в практику строительства шахтных стволов и наклонных ходов г. Ленинграда. Метод МАП позволяет 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) Фото Беляева Л.С.(слево), Андреев О.С., Рудакова Н.П. (1970-е); б - Стрыгин Д.М. в подземной горной выработке с аппаратурой МАП (1970-е, Дальний Восток); в - аппаратура межскважинного акустического просвечивании МАП-1 (1972 г.),

Автор, после окончания Ленинградского горного института в 1985 г., "распределился" в ВИТР и работал на одной "теме" с участниками ликвидации аварии на "размыве". ... Андреев Олег Серафимович (руководитель группы) высококлассный инженер-электромеханик. Упор делал на практику и надежную эксплуатацию аппаратуры в полевых условиях. Виртуозно осуществлял сборку скважинных приборов. Стрыгин Дмитрий Михайлович - опытный специалист-электроник. В 1987 г. Дмитрий Михайлович, уже болея, заменил в домашних условиях сгоревший входной каскад усилителя анализатора спектра. Автор сжег анализатор спектра в ночную смену на полевых работах в районе г.Северный Лявочорр (Хибины), когда без разрешения начальника партии Б.Б.Шатрова упражнялся с приемом сигнала от вибродатчика на сальнике-вертлюге буровой установки. Неработающий прибор поставил под угрозу выполнение полевых работ по исследованию акустических сигналов в призабойной зоне скважины в процессе бурения. С прибором в рюкзаке и общим осуждением автор отбыл на поезде в Ленинград. Это была трагедия молодого специалиста. Думаю, Дмитрий Михайлович 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 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 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+... - ПК182+... 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 в

Рис. Межскважинноое акустическое просвеичвание МАП аварийного участка "размыв" в 1974г.

а - схема МАП; б - схема МАП в плане; в - распределение плывуна по одному из вертикальных сечений

....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 Лейбмана Я.Д. (1977)

6.3. Формирование ледогрунтовой перемычки в тоннелях низкотемпературным замораживанием жидким азотом

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

Научные организации: Институт прикладной химии (ГИПХ) - проект термометрической системы для замораживания жидким азотом (теромопары + самопишущие логометры?), расчеты и контроль режимов замораживания на ЭВМ.

Научно-исследовательский институт химического машиностроения (НИИХИММАШ) - проект замораживающей сети жидким азотом. (Дукаревич Семен Ефимович)

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

Устройство ледогрунтовой перемычки путем замораживания жидким азотом. Температура жидкого азота -196 ^оС позволяла 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).........

Рис. Слив жидкого азота в скважину

6. ЗАВЕРШЕНИЕ СТРОИТЕЛЬСТВА

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

ВЫВОДЫ по части 1 книги

Общий вывод автора о причинах аварии 7 апреля 1974 г. на участке «размыв» при строительстве 4-го участка Кировско-Выборгской линии Ленинградского метрополитена можно выразить бессмертной фразой из фильма "Особенности национальной охоты": "Ну вы, блин, даете!"

Часть 2.

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. аварийные участки тоннелей на бывшем участке "размыв" перегона “Лесная” и “Площадь Мужества” были отделены от бетонными перемычками и принудительно затоплены водой

Для перевозки людей, 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 с песком внутрь тоннелей (?), риск одномоментного локального разрушения обделки тоннелей с затоплением перегона Лесная - Площадь Мужества (7), вероятность человеческих жертв....

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 А. А. 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, продолжения работ бы не было. Автор, к сожлению, не помнит их имена, но до сих пор испытывает к ним глубокую признательность. В один из дней июля 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). Проходящие мимо члены очередной комиссии с удивлением спросили: "Что это?"

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 НА УЧАСТКЕ "РАЗМЫВ" 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" в стране.... 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 занялись интрепретацией волновой картины 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, хотя и призналась. что не могут выделить продольную упругую волну, но произвели массу спекулятивных выводов о состоянии тоннелей и 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 на участке "размыв" ООО "Геодиагностика" в 2012 г.

а б в

Рис. . Участок “Размыв” при контроле сплошности и прочности укрепительной цементации ООО "Геодиагностика" 30 декабря 2012 г.

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

Рис. Схема межскважинного акустического просвечивания внутреннего пространства верхнего затопленного тоннеля ООО "Геодиагносика"

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. . Виды участка “Размыв”27.02.2013 при межскважинном акустическоом просвечивани внутреннего пространства верхнего затопленного тоннеля

а - общий вид на две наблюдательные скважины; б - скважинные излучатель и приемник упругих волн; в -- Архипов А.Г. на аварийном пикете ПК183

ВЫВОДЫ по части 2 книги:

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

а) ..а ведь этого могло и не быть......................

б) Отсутствие информации о состоянии грунтов основания тоннелей

.в) .....

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

3. Предложения по введению в эксплуатацию земельных участков в районе площади Мужества с затопленными тоннелями

Информация для связи:

E-mail: arhipov8@mail.ru

Phone: +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