23 февраля 2016г.
В последнее десятилетие территория Северного Кавказа испытала новый виток мощного развития, в первую очередь, это связано с проведением Зимних Олимпийских игр в 2014 г. В частности для обеспечение надежного, бесперебойного сообщения объектов горного кластера с основными транспортными узлами г.Сочи была запущена совмещенная (автомобильная и железная) дорога «Адлер – горноклиматический курорт Альпика- Сервис». Она введена в эксплуатацию в ноябре 2013 года, имеет общую протяженностью около 50 км, соединена развязками с федеральной трассой М-27, по количеству тоннелей и мостов является уникальной для РФ.
Вся территория строительства данного линейного объекта отличается крайне сложными инженерно- геологическими условиями, работы проводились в условиях молодой альпийской складчатости, что обусловливает развитие опасных геологических процессов как эндогенного, так и экзогенного характера. Северная часть дороги относится к области высокой, до 8-9 баллов, сейсмичности, здесь же наблюдаются наибольшие уклоны поверхности, это приводит к активному развитию склоновых процессов (обвалы, оползни, сели, лавины), а также водной эрозии.
Наибольшую оползнеопасность вдоль совмещенной дороги представляют склоны, расположенные на левом берегу реки Мзымта, на участке от вокзала «Альпика-Сервис» до портала ближайшего железнодорожного тоннеля. Ведущую роль в формировании и развитии опасных склоновых процессов горных районов играют особенности геологического строения территории, в том числе состав и условия залегания горных пород, структурно-тектонические особенности горных массивов, гидродинамический режим подземных вод, неотектоническис движения и другие факторы. Верхний слой пород в данном районе представлен элювиальными, делювиальными и оползневыми отложениями, которые представляют собой продукты выветривания аргиллитов, песчаников, порфиритов и других коренных горных пород. В связи с этим поверхностные отложения представлены щебнистыми, дресвяными грунтами с различными заполнителями (суглинки, супеси), а также суглинками и глинами [3].
Для обеспечения безопасной эксплуатации дороги и применения своевременных мероприятий по минимизации последствий опасных склоновых процессов в течение 2011-2013 годов кафедрой геологии НИТУ МИСиС совместно с ООО «Алькомп-Европа» была развернута система комплексного мониторинга потенциально оползневых склонов. Она включает набор аппаратных средств по интерактивному сбору геодезической и гидрогеологической информации (инклинометрические измерения, автоматизированная тахеометрическая съемка и сбор пьезометрических данных по сети скважин). Основной объем исследований потенциально оползневых массивов был осуществлен в 2012-2013 годах.
На начальных этапах в окрестности строительства вокзала «Альпика-Сервис» было выполнено рекогносцировочное обследование территории. По материалам маршрутных исследований и имеющимся данным о геологическом строении местности были выявлены ключевые участки для проведения дальнейших полевых работ.
Для отбор проб-монолитов глинистых сланцев (рассланцованных аргиллитов) на основе рекогносцировочных наблюдений и имеющейся геологической информации были выделены площадки, на которых они непосредственно выходят на поверхность и где мощность рыхлых отложений не превышает 2,5 метров. Затем внутри каждого выделенного участка точки позиционировались в соответствии с современными принципами проектирования сетей опробования, с применением математического моделирования и соблюдением основных принципов инженерно-геологических изысканий: равной достоверности, полноты исследований, последовательных приближений накопления информации и минимальных временных и финансовых затрат. Внутри каждого выделенного участка были определены обобщенные функции изменчивости по совокупности исследуемых характеристик отложений, что позволило спроектировать инженерно-геологическую сеть опробования. Использованная методика позволила минимизировать количество пунктов сбора информации без потери ее достоверности [3,4].
Выбуривание кернов производилось непосредственно из массива после зачистки верхнего выветрелого слоя и штуфов, отобранных из шурфов и обнажений в руслах постоянных и временных водотоков (Рисунок 1).
Для отбора необходимого количества
образцов было пройдено 10 шурфов (глубиной
до 2 м), из которых отобрано в общей сложности
65 образцов, в том числе:
42 керна диаметром 42 мм и минимальной длинной
85 мм, 17 штуфов, для последующего выбуривания из них проб необходимых геометрических форм и размеров,
а также 6 проб ненарушенной структуры связных пород.
Последние представлены глинами,
которые образовались в результате размокания обводненных сланцев.
Из обнажений
в русловых потоках
(в общей сложности
18 точек на двух участках)
было отобрано: 134 керна (диаметром 42 мм и длиной от 88 до 181 мм), 23 штуфа для последующего выбуривания в лабораторных условиях. На террасированном участке близ выхода из железнодорожного участка было проведено
опробование всего обнажения
глинистых сланцев
и черных глин с среднем шагом
опробования 1-1,5 м.
В процессе лабораторных испытаний были определены плотность (ρ), прочность породы при одноосном сжатии (ζсж), прочность породы при одноосном растяжении (ζр), модуль упругости (Еу), модуль деформации(Ед), коэффициент Пуассона
(ν), угол внутреннего трения
(θ), удельное сцепление (рис.2).
Для глинистых сланцев при их сдвиговых испытаниях по напластованию и суглинков
дресвяных с включением щебня получены практически одинаковые значения угла внутреннего трения и сцепления, что свидетельствует о наличии глинистого
материала между слоями сланца. Данный факт приводит к значительным ослаблениям внутри
массива и повышению оползнеопасности.
Полученные данные в результате полевых и лабораторных исследований позволили оконтурить, а затем смоделировать склоны с учетом физико-механических
свойств слагающих их пород, а также в привязке к гидрогеологическим
условиям местности.
Для оценки опасности потенциально оползневых склонов были произведены вычисления коэффициента запаса устойчивости
(ε) на участках
мониторинга 8 и 9 по десяти контрольным профилям при различной
степени обводненности массива с помощью программного комплекса, разработанного на кафедре геологии Московского государственного горного университета.
В расчетах
используются методы, утвержденные Гостехнадзором РФ и базирующиеся на теории предельного равновесия «сыпучей среды», включающей также и предельное равновесие связной среды с трением, к которой относится
рассматриваемый массив горных
пород (Рисунок 3) [1].
В течение 2013 года был осуществлен комплекс
работ по оценке устойчивости склонов при различных изменениях сейсмической, гидрогеологической и климатической обстановки, что в конечном итоге позволило сформулировать критерии в численном
эквиваленте для оценки оползневой опасности. Выявленные зависимости коэффициента запаса
устойчивости от уровней воды в сети гидрогеологических скважин
и с учетом количества осадков были использованы в автоматизированной системе
сбора и обработки информации о состоянии массивов
горных пород вдоль совмещенной дороги (Рисунок 4).
Осуществленный комплекс работ в 2012-2013
гг. показывает, что склоны вблизи железнодорожного вокзала «Альпика-Сервис» обладают низкими коэффициентами запаса устойчивости, а некоторые
потенциально оползневые тела находятся в состоянии предельного равновесия, что может привести
к аварийным ситуациям при изменении сейсмической и гидрогеологической ситуации.
В связи с этим были разработаны рекомендации по развертыванию сети гидрогеомеханического мониторинга cвысокой плотностью для быстрого оповещения о достижении критического уровня воды и принятия
управленческих решений
по укреплению откоса.
Разработанная и внедренная система комплексного инженерно-геологического удаленного автоматизированного мониторинга является уникальной, опыт, полученный в результате ее развертывания, может быть использован на горных предприятиях, а также при строительстве на оползнеопасных территориях. Важной отличительной чертой системы является возможность учета реологических свойств горных пород,
что позволяет повысить надежность оценки устойчивости откосов.
Список литературы
1.
Гальперин А.М. Геомеханика открытых горных работ. М.: Изд. МГГУ, 2003.
2. Осипов В. И., Мамаев
Ю. А., Ястребов А. А.. Условия
развития опасных геологических процессов на территории строительства горно-спортивных сооружений в Краснополянском районе
г.Сочи. // М.: Геоэкология №4, 2013.
3. Ческидов В.В. Перспективы использования САПР при инженерно-геологических изысканиях на открытых горных разработках // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2011. – №11
4. Ческидов В.В. Проектирование сетей инженерно-геологических изысканий на объектах
горнодобывающей промышленности // Горный журнал.
- 2011. – №12.
