Публикации
Главная/Пресс-центр/Публикации

К вопросу инженерно-геологического районирования территории северо-запада г. Москвы по степени опасности развития карстово-суффозионных процессов

17:004 июля 2017

Кочев А.Д.1, Чертков Л.Г.2, Зайонц И.Л.2

1ООО «Транспроектинжиниринг», 2ФГБУ «Гидроспецгеология», г. Москва, a.kochev@mail.ru

Вопрос оценки опасности карстово-суффозионных процессов (КСП) на территории Москвы остаётся весьма актуальным. Проблема усугубляется тем, что карстующийся массив залегает на глубинах 40--- 50м, а образующиеся на земной поверхности воронки связаны не с карстовыми провалами в классическом их проявлении, а с выносом песков покровной толщи в карстовые полости и трещиноватые зоны через незначительные нарушения в водоупорных разделяющих глинах.

Механизм развития этого процесса чрезвычайно сложен и является предметом оживленных научных дискуссий. В этой связи следует особо подчеркнуть следующее:

- Пространственный прогноз оценки карстоопасности (опасности КСП) территории не может быть осуществлен на основе действующих нормативных технических документов.

В карстовых районах предлагается использовать вероятностно- статистические методы, которые в условиях г.Москвы неприменимы, поскольку, во-первых, в г. Москве имеют место не карстовые провалы, а карстово-суффозионные оседания и, во-вторых, количество данных для применения этих методов недостаточно.

Расчет диаметра провальной воронки, часто используемый специалистами при оценке КСП в процессе инженерно-геологических изысканий, невозможен применительно к московским условиям, так как не отвечает механизму развития процесса. Знание последнего является необходимым для осуществления любых оценок опасности КСП.

Регламентирующая «Инструкция по проектированию зданий и сооружений в районах г. Москвы с проявлением карстово-суффозионных процессов. М.: Мосгорисполком, 1984» требует ряд серьезных уточнений по выявленным фактическим данным, в частности, по мощности водоупоров. Некоторые критерии оказались несущественными, например, приуроченность к долинам доюрского размыва.

Следует отметить, что на некоторых участках активного развития КСП не было обнаружено карстовых полостей высотой более 1м; встречались отдельные пустоты по 0,1---0,2м. В целом, всю северо- западную часть г. Москвы следует считать однородно-неравномерно закарстованной [4]. Поэтому, данный показатель количественно оценивать и использовать в качестве критериального признака можно лишь при весьма детальных работах в масштабах 1:500---1:200 с проверкой и уточнением степени закарстованности межскважинным сейсмоакустическим прозвучиванием. При районировании применительно к масштабу 1:2 000, как в нашем случае, использовать данный критерий невозможно.

Временнóй прогноз до настоящего времени остается неопределенным, в связи с чем выделить в пределах карстоопасной территории участки, где в ближайшей перспективе возможно проявление КСП, не представляется возможным.

В связи с этим авторами был предложен механизм развития КСП на основании инженерно-геологических исследований с использованием широчайшего комплекса методов [3] (рис.1). Также был проведен тщательный анализ инженерно-геологических обстановок опасных участков, на которых зафиксированы случаи образования карстово- суффозионных воронок.

Рис. 1. Схема образования карстово-суффозионной воронки [3], расшифровку стратиграфических индексов см. рис. 6

Всего на территории северо-западного сектора г.Москвы было выявлено 42 воронки (рис. 2), на каждую из которых составлен паспорт, содержащий следующую информацию: номер воронки, местонахождение, год образования, размер, структурное положение, палеогеоморфологическая характеристика, геоморфологические характеристики поверхности, глубина залегания кровли карбонатных пород, степень закарстованности карбонатных пород, приуроченность к древним карстовым провалам, мощность и глубина залегания водоупоров, мощность техногенных отложений, глубина залегания подземных вод, градиент вертикальной фильтрации.

Рис. 2. Схема расположения карстово-суффозионных воронок северо-западной части г. Москвы

Из общего числа зарегистрированных карстово-суффозионных воронок на сегодняшний день комплексом инженерно-геологических (включая бурение) и геофизических методов изучено 13 (рис. 3).

Рис. 3. Геолого-гидрогеологические разрезы на участках образования карстово-суффозионных воронок. Расшифровку стратиграфических индексов см. рис. 6

На следующем этапе осуществлялась типизация условий образования указанных воронок по сходству геолого-гидрогеологического строения, после чего применительно к выявленным типам условий оценивалась исследуемая территория. Иными словами, методологически анализ проводился по принципу -- от частного к общему. Типы геолого-гидрогеологических условий образования воронок представлены на рис. 4.

Таким образом, детальное изучение условий развития КСП позволило осуществить районирование территории исследований как по условиям развития древнего карста, так и по степени карстово- суффозионной опасности. При этом, во-первых, учтены совершенно конкретные типы условий, в которых фактически уже образовались известные на сегодняшний день карстово-суффозионные воронки, во- вторых, учитывая то, что первостепенным процессом являлся карст, очевидно, что районирование по условиям развития древнего карста на самом высоком таксономическом уровне уже позволяет произвести общую оценку территории по карстово-суффозионной опасности. Следует подчеркнуть, что в настоящее время карстовый процесс на территории московского региона не протекает [2].

Подобный подход к районированию позволил выделить в пределах территории исследований два таксономических уровня -- области и районы. Участки выделены лишь в пределах опасных районов для аппроксимации различных по сложности условий, которые важны при проектировании особо ответственных строительных объектов (рис. 4).

Рис. 4. Типы геолого-гидрогеологической среды на участках образования карстово-суффозионных воронок.

В качестве таксономических единиц наиболее крупного ранга по палеогеоморфологическому признаку выделяют две области (рис. 5):

-- А -- область развития юрской долины;
-- Б -- области развития доледниковой (лихвинской) прадолины. Указанные две области резко отличаются друг от друга геолого-гидрогеологическими условиями (рис. 6), характером и отчасти масштабами проявления КСП. Так, для области «А» характерно наличие двух зон закарстованности, приуроченных соответственно к карбонатным толщам верхнего карбона (перхуровской, ратмировской) и подольско- мячковскому горизонту.

Рис. 5. Фрагмент карты инженерно-геологического районирования территории по степени опасности карстово-суффозионных процессов

 

 

Рис. 6. Геолого-гидрогеологический разрез

В зоне «Б» в связи с глубоким лихвинским размывом практически повсеместно ниже уровня эрозионного среза выделяется лишь нижняя зона закарстованности ( 2pd-mč). Только на локальных, крайне ограниченных участках могут присутствовать маломощные известняки ратмировской толщи.

Что касается поверхностных карстопроявлений, то в зоне «А» обычно фиксируются колодцеобразные провалы и воронки диаметром 8--- 10м, тогда как в зоне «Б» диаметр последних составляет 20---40м. Наконец, для области «А» обязательно присутствие древних карстовых воронок провального типа, а в области «Б» современные воронки могут формироваться и при их отсутствии.

Следующий, более низкий иерархический уровень -- районы -- выделен по мощности юрских глин. Как известно, учет мощности водоупорных глинистых пород, перекрывающих закарстованный массив, имеет место во всех случаях при районировании карстоопасных территорий. Значения же мощности глинистых пород выбираются индивидуально с учетом их состава, состояния и свойств. В нашем случае, применительно к северо-западному сектору г. Москвы, критическим максимальным значением мощности юрских глин оказалось 5 м, так как случаи образования современных воронок при мощности юрских глин более 5м на сегодняшний день неизвестны. В этой связи районы с мощностью юрских глин до 5 м отнесены к опасным.

К потенциально опасным по условиям развития КСП отнесены районы с мощностями юрских глин от 5 до 10 м, поскольку, во-первых, это регламентируется [1], во-вторых, хотя развитие современных воронок в подобных условиях не зафиксировано, в настоящее время пока невозможно спрогнозировать возможность активизации КСП при резких изменениях техногенной нагрузки.

К неопасным относятся районы с мощностями юрских глин более 10 м, а также районы, в пределах которых суммарная мощность юрских и верхнекаменноугольных глин составляет более 12 м.

В настоящий момент, нами осуществлена типизация геолого- гидрогеологических условий по конкретным участкам северо-запада г. Москвы, в пределах которых зафиксированы и изучены современные карстово-суффозионные воронки. Они располагаются как в области «А», так и в области «Б». Применительно к карстово-суффозионной опасности подобные участки приурочены исключительно к опасным районам -- А-

А-III и Б-III. При проведении типизации в опасных районах III и Б-III выделены типы участков (А-III -- 1, 2, 3, 4 и Б-III -- 1, 2, 3, 4), отличающихся друг от друга по особенностям геологического строения игидрогеологическими условиями (рис. 4).

Следует акцентировать внимание на то важное обстоятельство, что важнейший признак -- степень закарстованности карбонатного массива -- ввиду его резкой изменчивости по площади в принятом масштабе исследований (1:2000) не может быть использован в качестве критериального и служит лишь для характеристики территории. Соответственно, на карте районирования (рис. 6) показаны все скважины, вскрывшие: а)карстовые пустоты и заполненные карстовые полости; б)сильно трещиноватые и разрушенные карбонатные породы; в)слабо трещиноватые и прочные карбонатные породы.

Кроме того, установлено, что на участках проявления всех известных воронок карбонатные породы закарстованного массива всегда отделены от песчано-глинистых четвертичных отложений каменноугольными воскресенскими, юрскими бат-келловейскими, келловейскими или оксфордскими глинами. На сегодняшний день не зафиксировано ни одного случая образования современных воронок на участках непосредственного залегания четвертичных песков на закарстованных известняках и доломитах.

В связи с вышеперечисленным при специальном районировании по степени опасности карстово-суффозионных процессов необходимо учитывать основные критериальные признаки, в соответствии с которыми были выделены следующие территории:

1. Опасные -- мощность юрских глин до 5 м (при обязательном наличии глин).

Территория характеризуется высокими градиентами вертикальной фильтрации (более 5), сильной степенью закарстованности карбонатных пород, часто с наличием открытых карстовых полостей.

Строительство зданий и сооружений на таких территориях не рекомендуется. Для зданий и сооружений существующей застройки необходимо проведение режимных геодезических наблюдений, а на участках аномально высоких скоростей оседания поверхности -- оборудование несущих конструкций специальными деформационными датчиками, выведенными на пульт наблюдения и контроля окружного значения. Для этих участков необходимо предусмотреть режимные наблюдения за уровнями подземных вод с интервалами не менее 3 раз в месяц. На участках активизации КСП необходимо проведение комплекса противокарствовых мероприятий с учетом конкретных инженерно- геологических условий и конструктивных особенностей зданий.

2. Потенциально опасные -- мощность юрских глин 5---10 м. Территория характеризуется градиентами вертикальной фильтрации от 3 до 5. Также отмечается сильная трещиноватость карбонатного массива.

При проектировании обязательно проведение детальных инженерно-геологических изысканий под каждое здание с бурением по закарстованному массиву не менее 50 м от его кровли. Строительство рекомендуется только с применением противокарстовых защитных мероприятий. В зоне существующей застройки необходимо проведение режимных высокоточных геодезических наблюдений на участках наличия древних карстовых воронок провального типа и выявленных участках аномально высоких скоростей оседания земной поверхности.

3. Неопасные -- поверхностные карстово-суффозионные воронки отсутствуют, мощность юрских глин более 10 м, суммарная мощность юрских и верхнекаменноугольных глин более 12 м.

Территория характеризуется градиентами вертикальной фильтрации менее 3, невысокой степенью закарстованности и трещиноватости карбонатного массива. Достаточны стандартные инженерно-геологические изыскания для гражданского строительства.

Представленный подход к районированию и оценке карстово- суффозионной опасности изучаемых территорий, на наш взгляд, позволит провести максимально достоверную оценку опасности территории г.Москвы по возможности развития КСП. Необходимо охватить всю область северо-запада города исследованиями для целей районирования территории. Это даст возможность уточнить [1] и освободит инженеров- геологов от производства ненужных расчетов диаметров провальных воронок. Такие расчеты не отвечают механизму КСП и приводят к необъективным результатам оценки опасности территории при производстве инженерно-геологических изысканий.

Список литературы

1. Инструкция по проектированию зданий и сооружений в районах г. Москвы с проявлением карстово-суффозионных процессов. М.: Мосгорисполком, 1984.
2. КотловФ.В. Изменения геологической среды под влиянием деятельности человека. М.: Недра, 1979. 263 с.

3. Кочев А.Д., Чертков Л.Г., Зайонц И.Л. Методика и результаты комплексного изучения карстово-суффозионных процессов в г. Москве // Инженерная геология. 1989. No 6. С. 77---94.
4. ЧертковЛ.Г. Карстовые и суффозионно-провальные явления на территории г. Москвы и методика их инженерно-геологического изучения: автореф. дис. канд. геол.- мин. наук. М.: МГУ, 1984. 22 с.