§ 16. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИЗЫСКАНИЙ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ТОННЕЛЕЙ (ч. 3)
Подземные воды. Вода является одним из главных препятствий при постройке подземных сооружений. Большой приток воды в выработку при работе под уклон или через ствол шахты требует устройства мощных насосных установок, прекращение работы которых грозит затоплением выработки. Прорыв крупных подземных источников может вызвать полное прекращение работ до иссякания этих источников или вынудить к изменению трассы с целью обхода места прорыва.
Выщелачивание и размягчение пород понижает их устойчивость, увеличивает пластичность и создает предпосылки для сдвигов и пучения.
Агрессивные воды разрушают бетон обделки и требуют применения плотных бетонов специальных составов. Агрессивность воды по отношению к бетону устанавливают сопоставлением результатов ее химического анализа с нормами агрессивности, которые учитывают массивность конструкции, напор воды, проницаемость окружающих пород и вид цемента. В наиболее неблагоприятных условиях находятся тонкостенные конструкции из бетона на обычном портландцементе при напоре воды в породах с большими коэффициентами фильтрации.
Агрессивными являются мягкие воды с жесткостью менее 2 мг-экв, воды с водородным показателем рН < 7 (кислые растворы), а также воды, содержащие свободную углекислоту, ионы сульфатов и магния в количествах, превышающих нормативные.
Вымывание водой, притекающей к тоннелю, частиц окружающей породы ведет к ее разрыхлению и осадкам с возрастанием горного давления. Особенно сильно увеличивается горное давление в результате пучения глинистых пород и набухания ангидрита, превращающегося под действием воды в гипс.
Высокая влажность тоннеля отрицательно сказывается на условиях его эксплуатации, вызывая уменьшение коэффициента сцепления и ограничение силы тяги локомотива. Особенно вредно пропитывание обделки водой в припортальных, подверженных обледенению участках и в случае применения паровой тяги. Растворение в воде продуктов сгорания, содержащих сернистый газ, ведет к образованию серной кислоты, интенсивному разрушению цементного раствора и коррозии всех металлических частей оборудования.
Образование на своде наледей, достигающих значительных размеров, затрудняет обеспечение безопасности движения и требует выполнения большого объема работ по скалыванию льда, при которых разрушается тоннельная обделка.
Поэтому самое серьезное внимание должно быть уделено выяснению всех вопросов, связанных с подземными водами в районе тоннеля. Необходимо иметь представление о наличии и глубине залегания водных горизонтов (напорных и свободных), области питания источников, поступающих в тоннель, наличии связи с поверхностью и величине водосборного бассейна, о химическом составе и температуре воды, скорости ее движения и коэффициенте фильтрации, наконец, об ожидаемом дебите подземных вод.
История тоннелестроения знает случаи исключительно больших притоков. Так, приток воды в тоннеле Монт д'Ор достигал 10 000 л/с (приток воды 30 л/с уже считают большим). Следует отметить, что крупные, но непродолжительные притоки не имеют особого значения. Необходимо учесть величину и распределение по длине выработки установившегося притока и предусмотреть возможность прорывов воды из подземных резервуаров (например, из карстовых пещер).
Существенное значение для разработки мероприятий по защите тоннеля от подземных вод имеет его положение относительно слагающих горный массив пластов. Поступления воды к тоннелю следует ожидать во всех случаях, когда он находится ниже горизонта подземных вод и окружен водопроницаемыми или трещиноватыми породами. Однако и при расположении тоннеля в водонепроницаемых породах следует учитывать возможные нарушения напластований в результате дислокационных явлений (гребни и впадины крутых складок, сбросы, сдвиги и пр).