Геннадий Разумов - Тонущие города

Город, особенно крупный современный город, — это не только здания, улицы и все остальное, что мы видим на поверхности. Это еще и большое подземное хозяйство — от подвалов зданий до тоннелей к станций метро.

Рост численности населения, проблемы обеспечения его жильем, работой, многообразным обслуживанием, нарастающее насыщение городов транспортом привело к росту городов по всем координатам: к вширь, и ввысь, и вглубь. Не одновременно, а именно в этой последовательности, потому что рост вглубь, освоение подземного пространства наиболее сложно и дорого. Но необходимо. Основные причины этой необходимости — возрастающий дефицит свободных территорий, особенно в центральных районах крупнейших городов, где одновременно с решением градостроительных проблем должны быть сохранены памятники культуры и искусства; транспортные проблемы; оздоровление городской среды; стремление сделать города красивыми и удобными для жизни.

Во многих наших городах и в городах других стран построены и функционируют многочисленные подземные сооружения. Но широкое, комплексное освоение подземного пространства по существу только начинается.

В подземном пространстве крупных городов размещают транспортные сооружения, культурно-бытовые учреждения, складские помещения, инженерные сети, промышленные и энергетические объекты и др. Эти объекты должны быть увязаны друг с другом, с наземными сооружениями, причем нельзя забывать и последующие этапы развития. Задача сложная, а с учетом особенностей подземных условий — сложная вдвойне.

Сооружения в городах располагаются на глубинах до сотни метров. Чем ближе к поверхности земли, тем более насыщено подземное пространство различными сооружениями (рис.67). На глубинах до 20–40 м, особенно в центрах крупных городов, создаются многоярусные — 10–12 этажей — подземные комплексы.

Подземная среда — это прежде всего горные породы, грунты (эти термины — синонимы, первый из них употребляют геологи и горняки, второй — строители). Но это также и вода, подземная вода, заполняющая поры и трещины в породах. Поэтому подземные сооружения — это одновременно и «подводные» сооружения.

Подземные воды ставят проблемы на всех этапах освоения подземного пространства: и при строительстве, и при эксплуатации сооружений.

Для того чтобы разместить под землей сооружение, требуется прежде всего освободить для него пространство, т.е. произвести выемку грунта. Как и в горном деле, в строительстве применяют две системы разработки грунта: открытую и закрытую. Первая из них — это разработка котлованов, траншей и других выемок с поверхности земли. Выемки открыты по всей своей площади. При закрытой системе на поверхность выходят только входные выработки — шахты, тоннели, основная же часть освобождаемого под сооружения пространства располагается под землей и разрабатывается подземным способом.

Заглубляясь ниже уровня подземных вод, выемка, так сказать, вызывает приток воды на себя. Вытекая из грунта в выемку, вода может производить разрушительную работу. Она способна своим гидродинамическим воздействием увлекать с собой грунт, приводя его в плывунное состояние, в результате чего происходит оплывание нижней части откосов и обрушение остальной расположенной выше части. Выходя из дна котлована, вода взвешивает грунт, разрыхляет его и может сделать непригодным в качестве основания сооружения. Она ухудшает и осложняет производство земляных, монтажных и других строительных работ в котловане. На многое еще способна вода.

Поэтому откачка воды непосредственно из котлована (открытый водоотлив) применяется либо в таких случаях, когда некоторые нарушения допустимы (например, в крупных котлованах на свободных территориях можно допустить оплывание откосов в каких-то размерах), либо в таких грунтовых условиях, которые не создают осложнений. Это грунты, устойчивые к воздействию текущей воды: галечники, скальные породы. Но и здесь возникают свои сложности. В скальных породах, например, вода движется в трещинах, которые могут быть заполнены рыхлым материалом. В результате размыва этого заполнителя сечение трещин увеличивается, приток воды может возрасти и справиться с ним будет трудно. Словом, лучше бы не допускать воду в котлованы.

При закрытой, подземной разработке строительных выработок приток в них воды вызывает еще большие осложнения. Вынос водой грунта — при значительном его объеме — чреват аварийными последствиями и для самой выработки, и для расположенных над ней, на поверхности земли, сооружений. Вынос грунта в небольших размерах, его подвижки могут привести к деформациям уже готовой части подземного сооружения, например обделки тоннеля. Да и поступление чистой воды в стесненную подземную выработку создает дополнительные трудности в проведении строительных работ. Следовательно, и в подземную выработку, вернее, особенно в подземную выработку лучше бы воду не допускать.

В этом направлении развивалась и продолжает развиваться техника борьбы с подземными водами. Здесь имеются три пути: первый — перехватить, откачать воду за пределами выработки, второй — отжать воду от выработки и третий — поставить воде преграду.

Первый путь — это водопонижение, искусственное понижение уровня подземных вод. Истоки этого метода идут от колодцев, а затем буровых скважин, из которых издревле добывали воду. При откачке воды уровень ее в скважине или колодце понижается, вызывая приток воды из окружающего водоносного грунта. Уровень воды в грунте также понижается с уклоном в направлении течения, и вокруг скважины образуется депрессионная воронка. Если откачку воды ведут из группы скважин, они взаимодействуют друг с другом и их депрессионные воронки объединяются, образуя общую депрессию уровня подземной воды. В этой осушенной зоне (над депрессионной воронкой) располагается выработка в грунте. Водопонизительные скважины размещают, как правило, по контуру осушаемой выработки, устанавливают в них насосы, объединяют общим трубопроводом для сброса откачиваемой воды и линией электроснабжения. Это уже водопонизительная система. Крупные водопонизительные системы, например на котлованах гидроэлектростанций или на карьерах полезных ископаемых, состоят из десятков, а то и сотен скважин, из которых ведется откачка непрерывно в течение нескольких лет.

Помимо скважин с размещенными в них погружными насосами при водопонижении используют и другие специально созданные для этого технические средства. Прежде всего это хорошо известные строителям и горнякам легкие иглофильтровые установки. Иглофильтр — полуторадюймовая труба длиной обычно 6 м с фильтровым звеном длиной 1 м на нижнем конце. С помощью гидроразмыва иглофильтры погружают в грунт на расстоянии 0,75–1,5 м один от другого, присоединяют их (до 100 штук в одном комплекте) к всасывающему трубопроводу, к которому подключен насос, и иглофильтровая установка готова к действию. За счет вакуума, развиваемого насосом, она понижает уровень подземных вод на 4–5 м, иногда немного больше. Если требуется большее понижение уровня, иглофильтровые установки можно размещать последовательно в нескольких ярусах.