УДК
ПРИМЕНЕНИЕ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ПРИ ОБСЛЕДОВАНИИ ПРОМЗОНЫ ГОРЛОВСКОГО КОНЦЕРНА "СТИРОЛ"
Соболев Е.Г. (ОАО "УкрНТЭК"), Кардаков В.В., Передерей В.Д.
(ДонГАСА)
Статистика показывает, что до 90% аварийных деформаций зданий и промсооружений вызвано геодинамическими процессами геологической среды, которые, как правило, не выявляются на стадиях инженерно-геологических изысканий и, соответственно, не учитываются в проектных решениях
[1].В последние 10 лет на территории северной площади промзоны ОАО "Концерн "Стирол" отмечаются образования провалов земной поверхности на значительной площади. Попытки предприятия ликвидировать провалы простой засыпкой щебнем результатов не дают, процессы провалообразования продолжают развиваться.
Ситуация на промплощадке усугубляется ещё и тем, что происходит интенсивное подтопление зданий и сооружений за счет многочисленных утечек промстоков из густой сети водо-канализационных систем на промплощадке.
В геоморфологическом отношении исследуемая промплощадка размещена на аккумулятивно-денудационной равнине, имеющей овражно-балочное расчленение. Промплощадка расположена на поле шахты "Кондратьевка-Западная".
В геолого-структурном отношении район расположен в центральной зоне главной антиклинали, в строении которой участвуют разнообразные породы палеозойской, мезозойской и кайнозойской групп. На площадке ОАО "Концерн "Стирол" развиты образования палеозойской и кайнозойской групп.
В тектоническом отношении исследуемая площадь расположена на южном крыле Горловской антиклинали между Калининским и Байраковским надвигами, в висячем крыле последнего. Южная часть участка осложнена наличием синклинальной складки, северо-западного направления.
Исследуемый участок характеризуется сложными гидрогеологическими условиями с развитыми тремя водоносными горизонтами.
Водоносный горизонт четвертичных отложений приурочен к насыпным техногенным грунтам и суглинкам и питается за счёт атмосферных осадков и различного рода утечек из порывов, расстыковок водо-канализационных систем.
Анализ проектной документации показал, что проектные решения разработаны по действующим СНиПам, ГОСТам, нормам и правилам.
Перед началом исследований на решение были поставлены задачи:
Для решения поставленных задач была использована новая технология геодинамических исследований.
ОАО "УкрНТЭК" разработана новая технология геодинамических исследований с применением комплекса геолого-геофизических, геоэкологических методов исследований (без бурения скважин), основанная на использовании новейших достижений геомеханики, геодинамики, гидрогеологии, тектонической геофизики, физики и механике грунтов [2].
Благодаря НОУ-ХАУ, заложенному в новую технологию, впервые появилась возможность заблаговременно устанавливать и предупреждать отрицательное влияние геодинамических процессов на микрогеодинамических зонах (МГДЗ)
: разрушение дренажно-коллекторных систем; подземных водоводов и теплотрасс; промышленных и гражданских сооружений; своевременно предупреждать аварийно-опасные ситуации на вышеназванных объектах, а также на дамбах (плотинах) водохранилищ; хвостохранилищ жидких и твердых промышленных отходов; предупреждать образование оползневых процессов в насыпных грунтах и породах естественных (искусственных) склонов.Основные этапы новой технологии геодинамических исследований:
В комплекс геофизических методов по исследованию геодинамического состояния исследуемой части северной промзоны были включены как известные методы электроразведки ВЭЗ и СЭП [3], радоновой и газовой съемок [4], так и новые методы, основанные на новейших достижениях геомеханики, геофизики, физики, механики грунтов.
Научный и практический интерес представляют методы нового направления в инженерной геологии и геофизике - методы магнитодинамической интроскопии приповерхностных слоёв земли [5, 6, 7], а также новый способ радиометрической съемки [8].
Приведем примеры использования новых методов.
Профили всех видов геофизических исследований прокладывались по межквартальным и внутриквартальным (внутрицеховым) автодорогам. По результатам магнитодинамической съемки по всем профилям по методикам [5, 6, 9, 10] были выявлены микрогеодинамические зоны, вызывающие развитие провальных процессов.
Для выявления участков поверхности, на которых на скрытой стадии происходит изменение напряженно-деформационного состояния приповерхностных слоев пород и грунтов, применялся метод непрерывной (в движении) магнитодинамической интроскопии с записью информации на бумажный носитель [11, 12].
При этом, учитывалось обнаруженное явление [6, 7]: в геомагнитном поле участки разгрузки (разуплотнения) грунтов (пород) отражаются отрицательными частями графиков (ΔТ); области нагрузки (сжатия) пород (грунтов) отражаются положительными частями графиков.
Пример регистрации изменений во времени напряженно-деформационного состояния насыпных грунтов и приповерхностных пород показан на рис. 1.
Явление скачкообразного разрушения пород (грунтов) известно в геодинамике и при изучении новейших тектонических движений земной коры. В рассматриваемом примере (см. рис. 1) точки 4 и 5 выбраны над формирующимися под асфальтом провалами, а точка 6 на участке без фильтрационных процессов вне МГДЗ.
Процесс образования трещин (просадок) всегда происходит в геомагнитном поле, которое регистрировалось устройством [11].
В момент просадок грунтов или образования трещин магнитные силовые линии искривляются или пересоединяются. Этот момент фиксируется феррозондовым датчиком устройства [11]. На точке 6 скачков изменения геомагнитного поля не зафиксировано. Этим способом проверены все выявленные микрогеодинамические зоны, участки развития видимых и прогнозируемых провалов. Результаты этих исследований сведены на карте участка, которая будет описана ниже.
Заслуживает внимания другой элемент новой технологии геодинамических исследований - способ и устройство для поиска исследования микрогеодинамических зон по изменению количества альфа-излучений, возникающих при распаде радиоактивного газа радона-222 [8].
Опыт подобных исследований показывает, что эманационные аномалии возникают над зонами трещинных, раздробленных пород, часто обводненных, являющихся путями фильтрации естественно-техногенных вод. Над этими же зонами происходит изменение напряженно-деформационного состояния, в нашем случае, ведущим к развитию провальных процессов.
Для сопоставления показаний необходимо отметить, что измерения эманаций радона прибором "РАДОН" производились посредством откачки подпочвенного воздуха из пробоотборника, герметично установленного в шпур (только на грунтах). На участках профиля 12, покрытого асфальтом, производился параллельный перенос участка профиля на грунтовый участок.
Съемка прибором "РИГДА-1" производилась с использованием датчика, накладываемого на любое дорожное покрытие (асфальт, бетон, шлак и т.п.).
Сопоставление результатов радиометрической съемки приборами "РАДОН" и "РИГДА-1" показывает следующее: интенсивность эманаций по "РАДОНУ" примерно 15-20 раз выше, чем прибором "РИГДА-1"; но выполненная интерпретация кривых изменения интенсивностей в обоих случаях выявила практически идентичные зоны
Таким образом, по новой технологии геодинамических исследований с применением прибора "РИГДА-1" возможно обследование промплощадок энергетических, металлургических, химических, коксохимических и других производств.
Выделенные по профилям аномалии всех исследованных геофизических полей (геомагнитное, геоэлектрическое, радиоактивное и газовое) увязывались в единые микрогеодинамические зоны, а на основе последних построена карта инженерно-микрогеодинамической зональности северной площадки промзоны АО "Концерн "Стирол"
.
ВЫВОДЫ
1.
Основной причиной развития суффозионных процессов на исследованной части промплощадки ОАО “Стирол” является разрушительное воздействие естественных геодинамических процессов в коренных породах оснований на подземную часть канализационной сети.Под действием периодических подвижек в породах основания расстыковывается (разрывается) трубчатая коллекторная система.
Из нарушенных частей системы напорные техногенные воды вытекают и производят замачивание насыпных грунтов и приповерхностных горных пород.
В северной части (половина исследованной площади) промплощадки под наносы выходят мощные пласты выветрелых водопроницаемых песчаников.
Техногенные воды фильтруются песчаниками на большие глубины, вызывая суффозию мелких фракций насыпных грунтов как внутри траншеи, так и вокруг нее.
Провалы на автодорогах между цехами возникли в результате именно суффозионных процессов и располагаются вблизи, или над траншеями, под насыпными грунтами.
Зоны интенсивных суффозионных процессов приурочены к пластам выветрелых песчаников и распространены в северной части исследованной площади. Зоны умеренных суффозионных процессов распространены в южной части исследованной площади и приурочены к пластам алевролитов и аргиллитов
.2. Исследованная часть промплощадки расположена в пределах развития балочной системы местности тектонодинамического происхождения. Балочная система изрезана геодинамическими зонами высокой и средней активности. Поэтому прогнозируется дальнейшее воздействие геодинамических подвижек пород оснований на подземную и наземную части канализационной сети сбора и транспортирования техногенных вод, на прочностные свойства пород под фундаментами промсооружений.
3. Наличие и отрицательное воздействие геодинамических зон на устойчивость промсооружений и сохранность канализационной сети не были учтены в проектах строительства и эксплуатации.
Рассмотрим подробно воздействие геодинамических процессов на промплощадку корпуса 652. На площадке под фундаментом и вне его расположен узел пересечения геодинамических зон СВ-1 и СЗ-7; происходит разрушение кирпичного лотка, из которого воды попадают на насыпные грунты; после замачивания воды фильтруют под корпусом 652 и стекают по уклону, образуя зону активных суффозионных процессов; резервуар с насосной (за корпусом 652) под воздействием геодинамических подвижек на СЗ-7 и узле СЗ-8 с
СВ-5 резервуар - разгермитизирован; техногенные воды фильтруют вниз по уклону. Кроме этого, разорвана труба напорного коллектора; напорные воды вызывают суффозионные процессы под
Аналогичные результаты проявления геодинамических процессов и на другие площадки корпусов первой группы.
Общая характерная черта первой группы зданий (корпусов), на стенах которых наблюдаются трещины, нарушение стыков панельных плит: основания фундаментов обводнены, прочностные свойства пород постоянно понижаются; степень обводненности и интенсивность подвижек пород определяются активностью зоны и интенсивностью суффозионных процессов.
Вторая группа зданий, например, к. №636, 612, 613, 632 и др. расположена на МГДЗ средней активности с частым подтоплением подвальных помещений находится в удовлетворительном состоянии на момент исследований.
По первой группе зданий. Если не производить работы по осушению и укреплению пород оснований зданий, развитие суффозионных процессов неизбежно, что приведет к началу критических деформаций зданий и развитию провальных процессов.
В масштабе всей Украины на промплощадках всех видов производств наблюдается разрушительное воздействие МГДЗ на здания, сооружения, подземные трубопроводы: на стадиях инженерно-геологических изысканий, проектирования, строительства и эксплуатации объектов согласно действующим СНиПам, ГОСТам, нормам и т.п. не предусматривалось обнаружение и учет МГДЗ.
Наступило время безотлагательной разработки хотя бы Ведомственных дополнений и изменений в нормирующие документы, обязывающих обнаружение и учет МГДЗ.
Перечень ссылок