Борьба с грунтовыми водами при строительстве метрополитена

устраивались водопонизительные скважины для откачки воды и осушения грунта.
Режим откачки воды был типичным для ограниченного по площади водоносного пласта — через короткое время после включения насоса дебит скважины уменьшался в десятки раз. Быстрое формирование депрессионной воронки в отсеке сопровождалось уменьшением зоны высачивания у фильтра, что и вызывало резкое сокращение притока воды в скважину. Поэтому откачку из отсека приходилось вести в пульсирующем режиме: откачка — восстановление уровня — откачка и т. д.
Несмотря на то что откачка проводилась из песков с хорошей водоотдачей, пульсирующий режим определил значительный срок производства этих работ — около 20— 30 суток. Однако полного осушения отсека осуществить не удалось, и высота остаточного столба воды на водоупоре составила 2—3 м, что вызвало дополнительные трудности при горных работах. Для откачки воды с помощью описанной технологии из супесей, глинистых песков и других грунтов с низкой водопроницаемостью понадобилось бы несколько месяцев [2, с. 106].
Требовалось дальнейшее совершенствование-метода с целью уменьшения остаточного слоя воды на водоупоре. Группа проектировщиков и строителей в составе инженеров Е. А. Василенко, Ю. А. Кошелева, В. А. Алихашки-на, П. А. Васюкова, И. Е. Василенко, А. А. Абросова, Н. Г. Сазонова, Г. В. Молодцова и В. В. Сидорцева нашла необходимое решение. В 1976-1977 гг. оно было внедрено при строительстве Рижского радиуса на перегоне «ВДНХ» — «Ботанический сад» [3, с. 109].
Участок выхода перегонных тоннелей с глубокого заложения на мелкое оказался весьма сложным в инженерно-геологическом отношении. Сооружение тоннелей предстояло вести в массиве со сложным чередованием суглинков, водоносных песков и супесей, а также под руслом реки Яузы.
Так как взаимное расположение водоупорных и водоносных грунтов было крайне неблагоприятным, а водоносные грунты имели очень низкую водопроницаемость, осушить массив в зоне проходки существующими средствами водопонижения было практически невозможно. Б подобных условиях могли быть осуществлены только кессонная проходка, при которой для отжатия воды от забоя следовало создать давление сжатого воздуха до 3 атм, либо сплошное искусственное замораживание массива грунтов [1, с. 73].
В первоначальном проекте на этом участке на протяжении 710 м предусматривалось применение кессонной проходки с частичным водопонижением, что позволило бы снизить давление сжатого воздуха в кессоне до 2 атм. На подходах и под руслом реки у/узы на отрезке длиной 270 м, где отсутствовал верхний воздухоупорный слой, было запроектировано создание сплошного искусственно замороженного массива.
Однако на стадии рабочего проекта проектировщики и строители разработали новые технические решения, осуществили дополнительные проработки и расчеты, благодаря чему удалось успешно соорудить перегонные тоннели без применения кессона и сплошного замораживания массива. На основе более детальных инженерно-геологических изысканий и опытных работ по водопонижению было предложено изменить трассу перегонных тоннелей в профиле, за счет чего длину переходного участка, где было решено применить новый способ проходки, удалось сократить до 312 м. [4, с. 113].
Сущность способа состоит в том, что с целью повышения эффективности осушения грунтового массива его герметизируют со всех сторон вокруг тоннеля. Затем в верхнюю его часть непрерывно подают сжатый воздух и при этом ведут откачку грунтовой воды из нижней части массива. Отличительной особенностью способа является также и то, что герметизация массива достигается либо путем создания льдогрунтовой оболочки, либо благодаря использованию водоупорных естественных слоев.
На первом этапе реализации нового способа на Рижском радиусе Московского метрополитена участок длиной 312 м разделили на 10 примерно одинаковых по размерам зон. По контуру каждой из них создали льдогрунтовую стену. С этой целью бурили скважины с заглублением в водоупорные слои ниже тоннелей.
Скважины оборудовали колонками для проведения искусственного замораживания грунтов. Таким образом, по трассе создавался ряд «герметичных» отсеков, внутри которых должны были сооружаться перегонные тоннели.
Первые пять отсеков представляли собой искусственные короба с льдогрунтовыми стенами, верхним воздухоупорным перекрытием в виде моренных суглинков и днищем в виде юрских глин или также моренных суглинков. В следующих пяти отсеках, где естественный верхний воздухоупорный слой отсутствовал, устраивалось искусственное перекрытие в виде льдогрунтовой плиты.
Для этого по всей площади отсеков с поверхности бурили короткие, с заглублением на 2 м ниже уровня грунтовых вод, замораживающие скважины. В десятом отсеке, расположенном под рекой Яузой, замораживающие скважины бурили с временного моста, передвигавшегося вдоль русла реки [7, с. 120].
Второй этап работы заключался в создании благоприятных условий для проходки тоннелей внутри отсеков, т. е. в осушении грунтов, которые имели преимущественно низкую водопроницаемость. При использовании обычных приемов откачки осушение подобных грунтов потребовало бы немало времени. Кроме того, оставался бы неосушенным слой грунтов над водоупором — так называемый остаточный столб воды, при наличии которого проходка была бы затруднена и небезопасна, особенно в момент выхода щита из юрских глин в вышележащие обводненные супеси.
Поскольку водопроницаемость пород внутри отсеков повышать практически невозможно, требовалось искусственно увеличить скорость фильтрации грунтовых вод. Найденное решение заключалось в том, чтобы откачивать воду из отсека с одновременной подачей в осушаемый пласт сжатого воздуха для ускорения процесса осушения.