Лысиков Б.А.,Розенвассер Г.Р., Шаталов В.Ф. «Строительство метрополитена и подземных сооружений на подрабатываемых территориях» - Севастополь: «Вебер», 2003. – 302 с.
Рассматриваемый участок линии метрополитена приурочен к центральной части Донецко-Макеевского геологического района и расположен в пределах северо-восточной части южного крыла Кальмиус-Торецкой котловины.
В геологическом строении принимают участие породы среднего карбона, перекрытые отложениями полеоген-неогенового и четвертичного возрастов.
Каменоугольные отложения представлены песчаниками, алевролитами и аргиллитами, в которых заключены маломощные прослои известняков и углей.
Все породы выветрелой зоны карбона характеризуются значительной трещеноватостью, так от общего объема массива в зоне заложения тоннелей породы со слабой трещиноватостью составляют 18%, средней – 15%, и сильной – 67%.
Мушкетовский надвиг характеризуется блочным строением. Вмещающие породы Мушкетовского надвига представлены в основном аргиллитами.
Аргиллиты темно-серые, в основном не слоистые, однородные, плотные, выветренные, трещиноватые, стенки трещин в основном равные и чистые, интервалами трещины обводненные. А интервалами трещины имеют “зеркальное скольжение”. Аргиллиты низкой прочности (f=1,5-2) малоустойчивые, размягчаемые в воде, склонные к обрушениям и вывалам.
Мушкетовский надвиг является одним из крупнейших тектонических нарушений Донецко-Макеевского района. На рассматриваемом участке он перебурен одной скважиной № 547. Согласно инженерно-геологической колонки он описывается зоной щебенистых грунтов мощностью 16 м и выходит непосредственно под наносы. По данным УкрНИМИ мощность зоны интенсивно измененных пород составляет по трассе 63 м. Вместе с тем, возникает сомнение относительно приводимых величин, так как расстояние между соседними скважинами составляет 30-40 м, а нарушение перебурено только одной скважиной. Определение физико-механических свойств пород в зоне Мушкетовского надвига не производилось, поскольку исследования были направлены на получение (уточнение) местоположения выходов нарушений. Для цели строительства эта задача не является основной, так как их положение может быть уточнено в процессе проходки. Вместе с тем, задача определения свойств пород в зоне нарушений не была решена.
Анализ физико-механических характеристик грунтов показывает, что для пород в зонах нарушений коэффициент крепости и коэффициент упругого отпора в 3-4 раза меньше, чем вне этих зон. Надо полагать, что эти данные получены на других участках, так как не удалось установить, проводились ли испытания образцов из скважины № 547. В целом имеющихся материалов для оценки возможного влияния горно-геологических факторов при проходке и эксплуатации перегонных тоннелей недостаточно.
Степень влияния нарушения зависит, прежде всего, от его положения. На характер проявления разрывов на земной поверхности влияет большое число факторов, основными из которых являются: расположение нарушения относительно границ выработки и местоположения выхода нарушения в мульде сдвижения; угол падения нарушения и степень его изменения на разрезе вкрест простирания; углы падения крыльев нарушения, их взаимное соотношение, а также соотношение с углом падения тектонической зоны; мощность и длина тектонической зоны; размеры очистной выработки, направление ведения горных работ относительно простирания нарушения, место нарезки и остановки лавы относительно нарушенной зоны; наличие приразрывной складчатости.
Формы проявления разрывов при отработке пологих пластов могут выражаться: в увеличенных сдвижениях над породами активного (отрабатываемого) или пассивного крыла; в укорочении мульды сдвижения со стороны висячего крыла; в асимметричной картине распределения сдвижений в различных полумульдах; концентрации деформаций и, в первую очередь, горизонтальных деформаций сжатия на участке выхода нарушенных зон.
Итак, можно сформулировать предпосылки к разработке строй-тельных мер защиты перегонных тоннелей от влияния неравномерных деформаций грунтового массива:
- в зонах нарушений коэффициент крепости пород и коэффициент упругого отпора в 3—4 раза, а модуль упругости - в 3-5 раз меньше, чем вне этих зон;
- для крупных тектонических нарушений, которым является Мушкетовский надвиг, характерным является блочное строение. Поэтому, кроме распределенной нагрузки, рекомендуется учесть и нагрузки от влияния отдельных блоков пород. Представляется, что обделка обжатая в породу является более эффективной с точки зрения недопущения смещений блоков, непосредственно прилегающих к контуру выработки, и провокации смещений других блоков. По этой же причине применение буровзрывного способа проходки крайне опасно;
- блочное строение тектонических зон может вызвать деформирование вышележащей толщи в виде перемежающихся зон растяжения-сжатия. Поэтому обделка тоннеля и деформационные швы должны конструктивно воспринимать знакопеременные вертикальные и горизонтальные деформации, как в поперечном, так и в продольном направлениях. В связи с тем, что размеры отдельно смещающихся породных блоков неизвестны и могут изменяться в широком диапазоне, целесообразно при проектировании перегонных тоннелей длину жестких отсеков принимать минимально возможной;
- блочность строения, а также низкая надежность тектонических зон вызывает необходимость опережающего контрольного бурения, а также обеспечения повышенных требований к технике безопасности, так как в этих зонах возможны вывалы блоков горных пород. При подходе к нарушениям необходим надежный контроль водопритоков и газопритоков. Ситуация с повышенными водопритоками и скоплениями газов может усугубляться при подъеме подземных вод в связи с затоплением шахты «Мушкетовская»;
- учитывая, что сооружения метрополитена будут охраняться от влияния горных работ и тектонических нарушений целиками, образование уступов по трассам не ожидается. Наиболее опасными с точки зрения концентрации деформаций являются участки нарушений «входа» и «выхода»;
- радиус кривизны Rp = 3,1 км, использованный при проектировании, принят с запасом. Из предварительного анализа имеющихся результатов наблюдений можно констатировать, что минимальные «слаженные» радиусы кривизны в граничных частях мульды сдвижения с Z> 0,8 - Rp > 10 км даже при непосредственной подработке нарушений. Для более надежного прогноза необходимо выполнить детальный и обстоятельный анализ этих данных. Имеются также предпосылки для смягчения приведенных величин. Для этого необходимы непосредственные маркшейдерские наблюдения в зонах тектонических нарушений вдоль трассы метрополитена. Это позволит получить обоснованные данные для перепроектирования других участков в зонах нарушений, например, Калининского надвига и др.;
- рассматриваемый участок строительства располагается над старыми горными работами, в основном, шахты «Мушкетовская», которая закрыта с применением «мокрой» консервации в 1997 г. Имеются предположения, что затопление горных выработок может вызвать активизацию геомеханических процессов, а, следовательно, и активизацию процессов сдвижения, особенно в зоне выхода Мушкетовского надвига, который активно проявлялся при подработке горными работами;
- в связи со слабой изученностью влияния затопления шахт на сдвижение земной поверхности целесообразно до горнопроходческих работ в зоне Мушкетовского надвига заложить наблюдательную станцию вдоль трассы метрополитена и выполнять периодические наблюдения;
- учитывая специфику условий строительства Донецкого метрополитена следует считать целесообразным уже в настоящее время начать планомерные исследования сдвижения земной поверхности над сооружениями с тем, чтобы при проходке в центральной части города иметь достаточно надежную методику прогнозирования повреждений объектов строительства на поверхности.