Как победили "Размыв": уникальные 800 метров петербургского тоннеля метро

Беседа нашего корреспондента с главным технологом метростроя П. М. НОВИКОВЫМ состоялась еще в апреле, за два месяца до открытия участка "Размыв" Кировско-Выборгской линии. Материал пролежал в "долгом ящике" редакции по очень простой причине - чтобы не сглазить трудовую победу метростроевцев преждевременным отчетом о победе, до того, как по участку начнется регулярное движение поездов. Сейчас настало время рассказать о том, что сделано строителями на прежде аварийном участке метро для предотвращения дальнейших экстремальных ситуаций.

-Тоннели метро на участке "Размыв" проходят через так называемый плывун. Его особенность заключаются в том, что это грунт не связанный, находящийся во взвешенном состоянии и сплошь заполненный грунтовыми водами. Давление грунтовых вод составляет здесь порядка 5 атмосфер. Другая особенность этого участка - глубина, на которой расположены тоннели. Наши предыдущие тоннели проходили на глубине до 60 м. Два новых тоннеля проходят на глубине от 45 до 80 м - это очень большие глубины, при том что петербургский Метрополитен вообще самый глубокий. И условия строительства и эксплуатации здесь специфические, потому что каждый участок тоннеля неповторим с точки зрения его положения в пространстве подземного массива и в конструктивном отношении.

- В чем особенности конструкции тоннеля на участке "Размыв"?

- На этих 800 метрах диаметр внешней обделки 7,1 м, внутренний диаметр - 6,4. Толщина обделки - 350 мм, в 2 раза больше, чем традиционные тюбинги или блоки на участках вне "Размыва". Конструкция имеет очень высокий класс прочностных характеристик: класс бетона, показатели водонепроницаемости. В швах между блоками в качестве гидроизоляции размещена резина. Течей в тоннелях нет и не предвидится, так как присутствует еще один конструктивный элемент, дополнительно усиливающий гидроизоляцию: зазор между внешним периметром обделки и обделкой выработки заполнен особым уплотнительным раствором с присутствием цемента, у которого такие же прочностные характеристики, как и у грунта.

- Тоннель уже пройден. Чем занимаются проходчики?

- Сейчас мы занимаемся обустройством этого тоннеля по проекту института "Ленметрогипротранс". Это работы по возведению определенных конструкций. Так, была продумана и выполняется особая система амортизации. Это связано с тем, что движение электросостава в тоннеле сопровождается вибрационными нагрузками, которые передаются в горный массив - на грунт. Это низкочастотные колебания, которые влияют на грунт таким образом, что он начинает разжижаться. Эффект разжижения страшен тем, что вода освобождается от плотного грунта, имевшего до такого воздействия достаточно высокие прочностные характеристики, и заполняет пустоты. При низкочастотном вибрационном воздействии - в отличие от высокочастотного, которое создает уплотнение грунта,- грунт начинает течь, как ил, и все воздействие передается на гидроизоляцию. Именно этот эффект погубил предыдущие тоннели, которые сейчас затоплены. Когда происходил процесс разжижения горного массива, швы между чугунными тюбингами первичной обделки стали раскрываться и пропускать воду с песком, который начал работать как абразив. Даже стальные болты диаметром 40-46 мм, как было видно на фото, распилило, как пилой по металлу. Чтобы исключить такие явления, в новом тоннеле вообще не использовались болтовые соединения. Обжатие по периметру осуществляется за счет давления грунта, а в продольном направлении домкраты щита при проходческих работах имели в среднем до 800 т нагрузки. Специальная система амортизации, которая должна предотвратить разжижение грунта, состоит в следующем. Укладывается виброгасящий материал (резина), по нему засыпается щебень. Это насыпной грунт, а не жесткий бетон, который передает вибрационные нагрузки напрямую. Кроме того, в составе жесткого основания (железобетонной конструкции) размещаются дренажные трубы, чтобы была возможность удаления эксплуатационной промышленной воды.

- То есть вода все-таки в тоннель проникает?

- Нет, просто тоннели моют водой - о ней и идет речь. Кроме того, мы выполняем работы по прокладке кабелей. Когда едешь в метро, видно, что по бортам размещен не один десяток кабелей. Это силовые кабели, кабели связи диспетчерской службы. Арматура, на которой потом раскладываются все кабельные сети, закрепляется таким образом, чтобы не нарушить конструкцию обделки, не понизить ее несущую способность. Поэтому арматуру мы крепим здесь на неглубокие дюбели. Мы выполняем также работы, связанные с налаживанием системы вентиляции. Это очень важный момент, необходимо очень высокое качество работ, чтобы обеспечить жизнь людей под землей. Так, шахта 213 бис, через которую мы с вами спускались, является вентиляционной. Шахту 214 бис, которую вы видели, мы заполним бутобетоном, и ее, по сути, не будет.

- Почему нет смысла сохранять эту шахту?

- Через нее осуществлялся демонтаж и подъем оборудования. Теперь эта шахта не будет использоваться, а любая "дырка" под землю - риск возникновения экстремальной ситуации. Горный массив подвергается постоянному воздействию, меняется его структура, со временем он может перемещаться. Забетонировав шахту, мы обеспечим целостность массива.

- Вы упомянули об экстремальной ситуации. Насколько она вероятна и возможно ли повторение аварий 1974 и 1995 гг.?

- В 1974 г. в процессе проходки тоннеля между станциями "Лесная" и "Площадь Мужества" произошло следующее. Технология проходки тоннелей в то время была иной: с поверхности бурились скважины глубиной до 80 м на расстоянии 100-200 м друг от друга и производилось замораживание горного массива жидким азотом. Было пробурено около 20 км скважин. Так как в составе плывуна на каком-то участке были бактерии, то есть органика, которая требовала иного режима замораживания, горный массив в этом месте оказался мягче, чем требовалось. Когда проходчики пробурили пробную горизонтальную скважинку, из нее сразу пошла вода. Закупорить эту скважинку не получилось, массив вокруг нее под воздействием воды стал оттаивать, и струя воды и жидкого грунта усилилась. Во время этой аварии в тоннеле вышло порядка 40 тыс. куб. м. грунта. К счастью, это не произошло молниеносно - грунт вышел не за 5 минут, а за двое-трое суток. То есть о катастрофическом затоплении речи не шло. Затем этот массив локализировали, снова промораживали и разрабатывали вторично. В результате тоннели были благополучно пройдены. Но станцию требовалось открыть в 1975 г., а эта авария отодвигала пуск на два года. Решение об изменении сроков никто принять не осмелился, и работы в итоге велись ускоренными темпами - с нарушением технологии, с нарушением количества рабочих мест. Например, сварщики там работали в метре друг от друга и не только слепили товарищей, но и вынуждены были "гнать халтуру". А работы были огромные.

Авария, о которой мы говорили выше и после которой тоннели закрыли, произошла в 1995 году. Раньше их не закрывали, хотя происходил выход грунта, где-то появились трещины, шел процесс выщелачивания бетона. Ремонтные работы велись по выходным и в ночную смену, когда метро на этом участке не работало, но аварию предотвратить не удалось. Хотя тоннели были спроектированы с нулевой плывучестью, под воздействием изменившихся нагрузок разжижение грунта произошло значительное. Конечно, в течение 20 лет за тоннелями наблюдали, но после смены власти и прекращения финансирования на пять лет отслеживание состояния тоннелей вообще было заброшено. Нужно учесть и еще один нюанс. Тоннели были расположены необычно - "винчестером". Когда залечили нижний тоннель, под весом верхнего тоннели начали "плавать", то есть перемещаться, и это перемещение составляло до 20 см. В результате разжижения за сутки в тоннель попадало порядка 20 кубов грунта. За ночь его убирали, в течение дня грунт появлялся снова. А когда выход грунта за сутки составил 120 кубов, было принято решение затопить тоннели. На том совещании в "Ленметрогипротрансе" принимал участие и я.

- Что сделано на этом участке сегодня, чтобы предотвратить такие аварии?

- Имеющийся печальный опыт предыдущих тоннелей здесь учтен. Система амортизации исключает возможность разжижения массива. Несущие способности, жесткое железобетонное основание с прослойкой гидроизоляции сделаны таким образом, что в случае экстремальной необходимости мы можем замкнуть монолитным железобетоном кольцо обделки, то есть сделать вторичную обделку. И хотя мы имеем определенную уверенность в конструкции, в тоннеле размещены датчики, показывающие и величину напряжения в обделке, и влажность. Контроль будет очень жесткий. В случае экстремальной ситуации специальные защитно-герметические затворы дадут возможность отсечь эти участки, чтобы исключить воздействие на другие участки и эвакуировать людей. Традиционно в метрополитене устраивались затворы только на самих станциях. Эта практика сложилась еще во время войны, когда на станциях метро в Москве размещали штабы, госпитали.

А здесь затворы отсекают сам участок.

- Каковы дальнейшие планы строителей? Какие станции и участки метро планируется открыть в ближайшем будущем?

- На Сенной площади планируется открытие третьей станции, так как там пересекаются три линии. Третья линия - Фрунзенская - более 10 лет существует в законсервированном виде из-за проблем с финансированием. В этом году финансирование возобновлено, и это касается не только Фрунзенской линии, но и других проектируемых участков. До конца года мы должны приступить к испытаниям на Комендантском проспекте (станция "Комендантская" и тоннели). Еще один наш объект на этот год - это проходческие работы по Фрунзенской линии и в частности по станции "Звенигородская", или "Пушкинская-2" (названия станций могут измениться, например, "Старая Деревня" во время строительства называлась "Сестрорецкой").

P.S. "Сестрорецкая" - звучало амбициозно. Но сегодня, когда стал реальностью пуск поездов метро на таком сложном участке, как "Размыв", можно надеяться, что в будущем на метро можно будет доехать и до Сестрорецка…