2.11. Инженерно-геологические процессы, связанные со строительством и эксплуатацией подземных сооружений
В данном разделе рассматриваются процессы, происходящие в открытых и закрытых подземных сооружениях – карьерах, котлованах, шахтах, тоннелях и т.п.
В подземных сооружениях возможно развитие многих процессов, протекающих и в других условиях, поэтому значительная часть из этих процессов уже была рассмотрена в предыдущих разделах и здесь они только упоминаются.
Выветривание, разуплотнение и развитие склоновых процессов. Развитие этих процессов неизбежно начинается, как только бывает удален почвенно-дерновый слой и происходит вскрытие коренной породы.
Скорость протекания зависит от состава пород и конструкции подземной выработки – глубины, открытая она или закрытая, возможно ли попадание в нее вод атмосферных осадков и солнечных лучей, от появления растительности и насекомых, от работы строительной и другой техники, температурного режима, сроков пребывания во вскрытом состоянии. Результаты этих процессов могут проявляться через считанные дни либо через многие годы.
Медленное развитие наблюдается в магматических и других скальных породах, быстрое – в песчано-глинистых и трещиноватых, пористых полускальных породах.
Вывал – падение в отдельном месте большого количества скального материала с кровли горной выработки. Процесс заключается в том, что с кровли выработки начинается падение скальных обломков, полностью заполняющих объем выработки на забое. При удалении обрушившихся обломков на их место начинает поступать новый материал и над кровлей выработки постепенно образуется полость, имеющая свод устойчивой формы. При этом объем образовавшейся полости может быть в несколько раз больше, чем объем сооружаемой выработки (рис. 2.30).
Рис. 2.30. Схема образования вывала
Места образования вывалов обычно бывают сопряжены с ослабленными участками геологической среды – зонами дробления и повышенной трещиноватости, тектоническими разломами, осями складок и т.п.
Сдвижение и провалы дневной поверхности. Данными терминами обозначают процесс опускания земной поверхности, происходящий вследствие обрушения сводов подземных сооружений.
Сдвижение – медленный процесс, происходящий над расположенными на большой глубине подземными выработками, в основном над штреками – горизонтальными коридорами шахт. Сдвижение длится годами и охватывает значительные площади, превосходящие размеры штреков в плане (рис. 2.31).
Рис. 2.31. Обрушение сводов заброшенной шахты и сдвижение поверхности земли
Соответствующее оседание дневной поверхности при этом может составлять десятки сантиметров, Скорость и механизм протекания данного процесса целиком определяются горно-геологическими условиями участка – составом и формой залегания пород, наличием в разрезе скальных слоев, обводненностью, трещиноватостью пород и другими обстоятельствами.
Во избежание отрицательных последствий сдвижения земной поверхности практикуется отказ от строительства капитальных сооружений на соответствующих площадях или закладка подземного пространства песчано-цементным материалом по окончании эксплуатации подземных выработок. Сдвижение практически не наблюдается в тех случаях, когда шахты сооружаются на больших глубинах в скальных породах.
Провал – это быстрое оседание дневной поверхности непосредственно над обрушившимся подземным сооружением или другой полостью (искусственной или естественной). Глубина провалов обычно не превышает несколько метров.
Провалы обычно случаются в тех местах, где в разрезе имеются преимущественно песчано-глинистые породы, особенно обводненные.
Карстовые провалы, рассмотренные ранее, также происходят в тех местах, где уже произошел существенный размыв скальной породы. Причиной провала может послужить авария на стоящемся или эксплуатируемом тоннеле, известны случаи, когда провалы произошли при обрушении перекрытия подвалов старых зданий, снесенных много лет назад, а также при прорыве плывунов в котлованы и тоннели.