VIII.3.5. Оценка и прогнозирование надежности инженерных сооружений (ИС)
При оценке и прогнозировании надежности ИС упор обычно делают на оценку долговечности несущих конструкций. В ряде случаев это себя оправдывает, но иногда разрушение происходит задолго до расчетного срока. Сейчас нам стало ясно, что такие случаи обусловлены тем, что фундамент сооружения в процессе его эксплуатации может вдруг начать терять собственную опору вследствие изменяющейся во времени несущей способности грунта. Главную роль при этом, как оказалось, играет факт наличия тектонического нарушения.
Первоначально, когда мы только начинали изучать влияние тектонических нарушений на надежность ИС, нам представлялось, что, учитывая величину Q (см. раздел VII.3) в прорисовке образующих воронкообразных объектов, можно надежно осуществлять прогнозирование. И действительно, в тех случаях, когда Q >30, можно с уверенностью ожидать преждевременного разрушения ИС. Приведем примеры.
На рис. VIII.6 приведен ССП-разрез, полученный при профилировании вдоль западной границы территории очистных сооружений в Ольгино (СПб). Здесь Q имеет величину порядка 60, из чего можно сделать заключение о том, что любое ИС в данной зоне начнет разрушаться уже в момент строительства. И действительно, главное звено этих очистных сооружений – стакан аэрации, имеющий диаметр 60 м и высоту 70 м, и врытый в землю заподлицо, начал разрушаться с самого начала его строительства. Он находится в состоянии практически постоянного ремонта в течение всех 30 лет его эксплуатации и является удобным полигоном для проверки наших представлений о влиянии тектонических нарушений.
Надо сказать, что ни проектировщики, ни строители, ни ремонтники категорически не согласны с тем, что причиной хронически аварийного состояния стакана является пересекающее его тектоническое нарушение. Как водится, ссылались на некачественный цемент, на нарушения технологии строительства. Основным аргументом их против влияния тектонического нарушения было то, что, имея высоту 70 м, стакан, фактически, стоит на кембрийской глине, а это, по мнению строителей, является как бы гарантией того, что никакие геологические факторы повлиять на ИС не в состоянии.
Рис. VIII.6
Увы, это не так. Первый раз мы с этим встретились при обследовании полигона "Красный Бор", когда выяснилось, что в зоне тектонического нарушения кембрийская глина имеет повышенную фильтрационную способность. И только сейчас, когда на основании дополнительных гидрогеологических исследований выяснилось, что процесс разрушения стакана в точности соответствует выявленной нами тектонике, к строителям, кажется, начало приходить какое-то понимание.
Приведенный пример касается не прогнозирования, а выявления причин уже сложившейся аварийной ситуации. Однако имеет отношение и к прогнозированию.
Дело в том, что в километре от очистных сооружений идет строительство Северо-Западной ТЭЦ, которая со временем должна заменить доживающую свой срок ЛАЭС.
Территория ТЭЦ пронизана тектоническими нарушениями, являющимися продолжением тех, которые влияют на состояние очистных сооружений. Проведя исследования этой территории, мы обнаружили, что под машинным залом уже построенной первой очереди находится узел пересечения трех линий тектонических нарушений. Машинный же зал второй очереди находится целиком в зоне мощного тектонического нарушения.
Несмотря на наше предупреждение, руководство ТЭЦ все-таки возводит в этой зоне запланированное ИС, и здесь мы уже имеем пример прогноза, эффективность которого нам предстоит оценить в недалеком будущем.
Вернемся еще раз к результату исследований Политехнической ул. и к зоне с плывуном, показанной на рис. VIII.5. Дело в том, что «виновниками» аварии на метрополитене считаются подсеченные геологами еще при изысканиях размыв и плывун. Версий, как именно их наличие привело к аварии, несколько, и я не буду их пересказывать. Отмечу только, что зона размыва тянется примерно полкилометра, тогда как собственно авария, разгерметизация тоннелей произошли на протяжении не более чем 40 м. В связи с этим, картина, предшествовавшая аварии, выглядит следующим образом.
По мере оттаивания замороженного при строительстве метрополитена грунта, началось провисание тоннелей в зоне тектонического нарушения. Процесс провисания тоннелей усугублялся динамическим воздействием со стороны проходящих по нему поездов. Об этом свидетельствует толчкообразный характер опускания тоннелей, зафиксированный в предаварийный период. Кроме того, в зоне разгерметизации тоннелей рухнули также и наземные сооружения, что также подтверждает наши представления о влиянии тектонических нарушений на изменение состояния грунта.
С нашим пониманием физики развития предаварийной ситуации можно спорить, но сделанные нами тогда выводы, по-видимому, в ближайшее время будут подвергнуты проверке. В работе [30] мы предупреждали, что если обходной путь метрополитена, который должен строиться взамен погибшего при аварии 1996 года, будет проходить под ул. Карбышева, то это приведет к аварии на городском канализационном коллекторе. Дело в том, что тектоническое нарушение, подсеченное нами на ул. Политехнической, пересекает ул. Карбышева как раз там, где обходная трасса метрополитена будет проходить под коллектором. Неизбежное опускание тоннелей метрополитена в этой зоне повлечет за собой и опускание коллектора. И если тоннели обещают сделать гибкими, чтобы они выдержали это опускание, то коллектор гибким не является, и изгиба не выдержит.
Здесь, на Карбышева, величина Q не превышает 20, и коллектор стоит уже много времени, и простоял бы еще, но поскольку поезда в тоннелях под этим коллектором будут оказывать на грунт динамическое воздействие, то и при этих природных условиях первые же поезда, пущенные по новому участку тоннеля, вызовут аварию на коллекторе.
При выяснении причин преждевременного разрушения ИС следует оконтурить его профилями ССП и выяснить соответствие наблюдаемых разрушений наличию тектонических нарушений. Это необходимо для принятия правильного решения. Так, например, при оконтуривании блока из шести большеобъемных (по 2000м3) резервуаров с авиационным керосином в районе Шувалово - Озерки, нам удалось увидеть, что тектоническое нарушение находится как раз под той емкостью, в которой происходили утечки. Как оказалось, этот резервуар уже неоднократно ремонтировался, но, как считается, некачественно, и поэтому течь не устранялась.
Мы не знаем, прислушаются ли к нашим рекомендациям, но можем сказать точно, что никакой ремонт не решит проблему до тех пор, пока резервуар не перенесут в сторону от тектонического нарушения. Как оказалось, эта проблема весьма актуальна. Чуть ли не 50% всех большеобъемных резервуаров в Мире имеют течь, и мы предполагаем, что не последнюю роль в этой беде играют тектонические нарушения.
Еще одно подтверждение этой точки зрения мы получили, проведя исследования газопроводов в районе Уфы.
Как известно, аварии на трубопроводах различного назначения составляют значительную часть всех аварий ИС. Наше внимание привлек тот факт, что аварии на трубопроводах зачастую происходят в тех местах, где уже проводился их ремонт. То есть на тех участках, где трубопровод должен бы иметь бóльшую надежность, чем на соседних. По идее, это указывает на то, что причины аварийности следует искать не в качестве труб, а в каких-то природных факторах.
И действительно, пройдя 12 км вдоль газопровода, мы смогли убедиться, что все аварии (а их было за последние 5 лет более чем по одной на каждый км), произошли в зонах тектонических нарушений. При этом оказалось, что разновидностей строения тектонических нарушений существует так много, что для надежного прогнозирования состояния трубопроводов необходимо осуществлять профилирование с обеих сторон. Для примера, покажем случай, когда на трассе встретилась предположительно кольцевая структура.
На рис. VIII.7 показан в плане один из таких вариантов очертания линии разлома.
Рис. VIII.7
Естественно, нас заинтересовала столь жесткая связь мест аварий с наличием зон тектонических нарушений. Оказалось, что причина этой связи состоит в особенностях технологии прокладки трубопроводов и их ремонта.
Уложенная в траншею труба засыпается грунтом, а затем этот грунт утрамбовывается тяжелой техникой. Представляется, что при этом закладываются условия для дальнейшего разрушения трубы. Ведь на границе зоны тектонического нарушения, где происходит пространственное изменение несущей способности грунта, под воздействием тяжелой техники труба работает на срез. Надо полагать, что если грунт над трубой не утрамбовывать, надежность трубопровода увеличится.
При прогнозировании надежности уже функционирующих ИС, наряду с анализом ССП-разрезов следует учитывать режим их эксплуатации. Так, если дом оказался в зоне тектонического нарушения, то срок его эксплуатации резко сократится при возникновении динамических нагрузок, которые могут возникнуть при установке кузнечно - прессового оборудования или в случае каких-либо внутренних перепланировок или надстройки, скажем, на один этаж.
Кроме того, если под домом проходит тектоническое нарушение, нельзя допускать никаких строительных работ на продолжении этого нарушения, если даже эти работы отстоят от дома на казалось бы достаточном удалении. В противном случае происходит изменение гидрогеологического режима в зоне тектонического нарушения по всей его длине и, как следствие, резкое уменьшение несущей способности грунта под домом. Авария произойдет даже в том случае, если величина S была небольшой.
Именно таким образом произошло разрушение Перцевского дома и дома N 48 по наб. Обводного канала в Петербурге.
Полагаю, что разрушение "депутатского" дома на Каширском шоссе в Москве после начала строительства невдалеке от него подземного гаража произошло под воздействием того же механизма.
И, наконец, еще один момент. Со временем, строители безусловно найдут рецепты, как возводить надежные сооружения независимо от наличия тектонических нарушений. Однако, как было показано выше, зоны тектонических нарушений являются еще и геопатогенными зонами, и это обязательно надо учитывать при строительстве и эксплуатации жилых домов и мест длительного пребывания людей (детских учреждений, больниц, гостиниц и т.д.).
