ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2014, № 4, с. 304-316
ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ПРИРОДНЫХ ^
И ПРИРОДНО-ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
УДК 556.31
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ОБСТАНОВКА КУЗНЕЦОВСКОГО ТОННЕЛЯ (СЕВЕРНЫЙ СИХОТЭ-АЛИНЬ)
© 2014 г. Г. А. Злобин*, В. В. Кулаков**
*'Дальневосточный государственный университет путей сообщения, ул. Серышева, 47, г. Хабаровск, 680000 Россия. E-mail: german_zlobin@mail.ru **Институт водных и экологических проблем ДВО РАН, ул. Ким Ю Чена, 65, г. Хабаровск, 680000 Россия. E-mail: vvkulakov@mail.ru
Поступила в редакцию 10.01.2013 г. После исправления 23.04.2013 г.
Рассматриваются геомеханические, гидрогеодинамические и гидрогеохимические процессы на участке тоннельного перехода. Оценены гидрогеологические риски при эксплуатации Кузнецовского тоннеля.
Ключевые слова: подземные воды, водоприток, химический состав, Кузнецовский тоннель.
ВВЕДЕНИЕ
Гидрогеологическое обоснование условий безопасной эксплуатации сложных инженерных объектов [7], каковым является Кузнецовский тоннель, имеет исключительную социальную и экономическую значимость при прогнозе потенциальных рисков. Сложность этой проблемы обусловлена тем, что на этом объекте мы имеем дело с оценкой сопряженного комплекса одновременно рассматриваемых взаимосвязанных и взаимообусловленных геомеханических, гидрогеодина-мических и гидрогеохимических процессов.
Крупнейшая транспортная артерия Дальневосточного региона - Байкало-Амурская магистраль, пропускная способность которой практически исчерпана (14 млн. т). Согласно заявке грузоотправителей объем перевозок в этом направлении к 2015 г. вырастет до 60 млн. т. Основная часть грузопотоков будет направлена к незамерзающим морским портам Советская Гавань и Ванино.
В этом случае барьерным местом станет линия Комсомольск - Советская Гавань. Железнодорожная линия Комсомольск-на-Амуре - Советская Гавань возводилась в военные годы, что обусловило малую механизацию, преобладание ручного труда и массовое применение буровзрывных работ. Углы заложения откосов на протяжении всей линии не соответствуют современным нормам проектирования и строительства. Особо не-
благоприятный участок - Кузнецовский перевал, пересекающий хр. Сихотэ-Алинь. Уклон трассы на участке Кузнецовского перевала достигает 29%. Для его преодоления используется двойная и тройная тяга. Это условие не позволяет увеличить грузопотоки на железнодорожной линии. Для увеличения пропускной способности линии в данный момент строится Кузнецовский тоннель, который позволит увеличить объем перевозок до 30 млн. т/год.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Кузнецовский тоннель расположен в 7 км северо-восточнее пос. Высокогорный Ванинского района Хабаровского края (рис. 1). В состав тоннельного комплекса входит транспортно-дренажная штольня (длина 3911 м, диаметр 3 м) и тоннель (длина 3900 м, диаметр 9 м). Проходка осуществляется щитовым способом с использованием роторных тоннельно-проходческих комплексов (ТПК) фирмы Ьоуа; Для штольни - ЯМР1708Е диаметром 4.3 м, для тоннеля - ЯМЕ375БЕ диаметром 9.5 м. Поперечное сечение сборной железобетонной обделки штольни принято круглого очертания. Для изготовления сборных железобетонных блоков предусмотрен бетон класса по прочности на сжатие В 30, марки по морозостойкости F 200, по водонепроницаемости W 6. Водонепроницаемость обделки обеспечивается уста-
Рис. 1. Расположение скважин на участке Кузнецовского тоннеля: 1 - пикетаж железнодорожной линии, 2 - гидрогеологические скважины, 3 - речная сеть, 4 - линии водоразделов, железнодорожная линия: 5 - существующая, 6 - новые участки; 7 - трасса Кузнецовского тоннеля.
215
' Н2 к
5 В*
новкой по контуру блоков упругих прокладок, сохраняющих водонепроницаемость обделки при давлении воды до 3 бар. Кольцо железобетонной обделки состоит из 6 нормальных элементов и 1 замкового для тоннеля и из 5 нормальных элементов и 1 замкового для штольни.
Строительство тоннеля происходит в сложных геологических и инженерно-геологических условиях [4]. Для исследуемого района характерны повышенные отметки рельефа и его большие градиенты, сложное геологическое строение, высокая сейсмичность, дизъюнктивная тектоника,
сложные гидрогеологические условия и подверженность опасным геологическим процессам.
Рельеф района сильно расчлененный и представляет собой сложно ветвящуюся систему хребтов, разделенных густой сетью речных долин. Отметки земли трассы перехода начинаются со значения около 430 м, имеют максимум в перевальной части около 1020 м и на врезке в существующую линию на станции Высокогорная составляют около 500 м.
Речная сеть представлена в районе Западного портала верховьями р. Верхняя Удомь и ее при-
токами, приуроченными к бассейну р. Амур; на Восточном портале - притоками р. Мули (руч. Заросший и Полковой), входящими в состав бассейна р. Тумнин. Ширина рек и притоков варьирует в пределах 1-5 м; глубина 0.1-0.8 м; скорость течения 1.5- 2.0 м/с.
Геологическое строение массива, вмещающего Кузнецовский тоннель, представлено терриген-ными дислоцированными образованиями нижнего и верхнего мела, верхнемеловыми эффузивами и четвертичными рыхлыми отложениями [2, 4].
Складчатое терригенное основание характеризуется чередованием пачек ритмично переслаивающихся слоистых алевролитов и параллельно слоистых (редко косослоистых) песчаников с мощностью компонентов от 0.5-3 до 20-40 см. Изредка в разрезе толщи отмечаются пласты черных массивных алевролитов мощностью до 30 м и мелкозернистых песчаников мощностью до 40 м. Простирание слоистости терригенных пород от субширотного до северо-западного (240-300°). Падение пород крутое на север и северо-восток под углами 60-90°.
Песчаники в ритмах темно-серые, буровато или зеленовато-серые, чаще мелкозернистые, тонкоритмично-слоистые, иногда косослоистые, поли-миктовые, псаммитовой структуры, массивной текстуры в различной степени изменены, умеренно катаклазированы и брекчированы. Слоистость обусловлена присутствием многочисленных тонких прерывистых прослойков алевролитов. Цемент песчаника по типу обволакивания контактовый, в основной массе его 1-3%, по составу вторичный, эпидот-серицит-хлорит-биотитовый.
Алевролиты в ритмах по своим текстурным особенностям близки к песчаникам, но для них более типичны ленточно-слоистые текстуры; косослоистые и ритмично-слоистые разности встречаются редко. Обычно темного до черного, серовато-темного цвета, обусловленного присутствием песчанистого материала. В разрезе толщи они однородны по строению и имеют скорлупо-видную отдельность. Цемент алевролита первично глинистый, в процессе вторичных изменений преобразован в чешуйки серицита с небольшой примесью гидробиотита и хлорита.
Среди верхнемеловых пород эффузивного типа на участке строительства Кузнецовского тоннеля и прилегающей к нему территории распространены туфы андезитов (андезибазальтов), риолитов и в меньшей степени дацитов. В основании этих вулканических покровов отмечаются в виде линз и горизонтов лавобрекчии.
Особенность породного массива, вмещающего Кузнецовский тоннель, - широкое распространение разрывных нарушений. Створ тоннеля пересекает 17 тектонических нарушений, которые сопровождаются зонами повышенной трещино-ватости мощностью до 40 м [4]. Суммарная мощность зон 334 м, что составляет 8.5% от длины тоннеля. При проходке тоннеля в местах развития тектонической трещиноватости отмечались вывалы горных пород. Обрушения пространственно происходили по центру забоя, на стенках и в кровле выработки. Самый крупный вывал общим объемом около 25 м3 отмечен в центральной части тоннеля в кровле выработки.
Расчетная сейсмическая опасность в тоннеле, оцененная по методу сейсмических жесткостей, составляет для основания тоннеля от 7.85 баллов на участках пород зоны коры выветривания до 6.75 баллов на участках крепких вулканитов и терригенной толщи. Кроме того, из-за низких сейсмических жестокостей пород в 7 баллов оцениваются зоны тектонических разломов, пересекаемые проектируемым тоннелем.
Современный этап изучения гидрогеологических условий района Кузнецовского тоннеля начался с проведения инженерно-геологических изысканий для строительства тоннельного перехода. Был выполнен ряд инженерно-геологических и геофизических работ, отбор проб подземных вод из скважин вблизи тоннеля, рассчитан прогнозный водоприток. Несмотря на ранее проведенные среднемасштабные съемки района [2] гидрогеологическая изученность района и горного массива, вмещающего тоннель, оставалась слабой. Не имелось информации о характеристике качества подземных вод и обводненности непосредственно во вмещающем горном массиве и зонах тектонических нарушений, не были известны и охарактеризованы потенциальные участки повышенной обводненности при проходке тоннеля.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Оценка гидрогеоэкологических условий была выполнена по материалам предыдущих исследований и данных, полученных в ходе полевых и лабораторных работ. В качестве фактического материала для оценки гидрогеоэкологических особенностей Кузнецовского тоннеля использовались геологическая и инженерно-геологическая документация и режимные гидрометрические измерения водопритоков, выполненные ОАО "Бамтоннельстрой. Тоннельный отряд № 12" при проходке транспортно-дренажной штольни,
результаты гидрогеохимических исследований подземных вод, выполненных при изыскательских работах ОАО "Дальгипротранс" на трассе тоннеля и подходов к нему и собственных исследований авторов. Полевые работы авторов включали гидрогеоэкологическое обследование транспортно-дренажной штольни на предмет обводненности, ее характеристику и отбор проб подземных вод, поступающих в выработку, для выполнения химических анализов.
Лабораторные исследования заключались в проведении количественного химического и микрокомпонентного анализов проб поверхностных и подземных вод. Количественный химический анализ проведен в лаборатории Института водных и экологических проблем ДВО РАН в соответствии с нормативными документами на выполнение исследований отдельных компонентов состава. Микрокомпонентный анализ подземных вод выполнен в Институте тектоники и геофизики ДВ
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.