Геологические условия строительства метро в Петербурге¶

Геологические условия строительства метро в Петербурге — совокупность инженерно-геологических, гидрогеологических и тектонических особенностей территории Санкт-Петербурга, определяющих сложность и специфику проходки тоннелей и строительства станций метрополитена. Эти условия считаются одними из самых сложных в мировой практике метростроения.

¶Геологическое строение территории

Территория Петербурга расположена в пределах Приневской низменности на стыке Балтийского щита и Русской плиты. В геологическом разрезе выделяются три основных комплекса пород:

• Протерозойский кристаллический фундамент — граниты и гнейсы архейского возраста, залегающие на глубинах от 60–100 метров в северной части города до 200–250 метров в южной.
• Вендские и кембрийские отложения — древние осадочные породы (глины, песчаники, алевролиты), образующие так называемую «кембрийскую глину» — синевато-серую плотную глину, являющуюся основным несущим горизонтом для тоннелей.
• Четвертичные отложения — рыхлые ледниковые, водно-ледниковые и морские осадки (пески, супеси, суглинки, моренные глины), залегающие от поверхности до глубины 30–60 метров.

Особенностью разреза является широкое развитие линз плывунов — водонасыщенных мелкозернистых песков и супесей, залегающих в толще четвертичных отложений.

¶Гидрогеологические условия

Гидрогеология региона определяется наличием нескольких водоносных горизонтов:

• Грунтовые воды — залегают на глубине 1–5 метров, приурочены к четвертичным пескам и супесям.
• Межморенные водоносные горизонты — напорные воды в линзах песков между моренными суглинками.
• Кембро-ордовикский водоносный горизонт — напорные воды в песчаниках и известняках, залегающих под кембрийской глиной на глубине 80–120 метров.

Высокий напор подземных вод (до 20–40 метров над кровлей водоносных горизонтов) создаёт угрозу прорывов в горные выработки. При вскрытии плывунов под напором происходит их разжижение и интенсивный вынос песка в тоннель.

¶Специфика проходки тоннелей

¶Кембрийские глины

Основным горизонтом для строительства перегонных тоннелей служат кембрийские глины, залегающие на глубине 60–120 метров. Эти породы обладают высокой плотностью, низкой водопроницаемостью и устойчивостью. Однако при вскрытии и контакте с водой глины склонны к набуханию и размоканию, что требует применения специальных крепей и гидроизоляции.

¶Плывуны

Наиболее сложным препятствием являются плывуны — водонасыщенные песчаные отложения, залегающие в четвертичной толще. Проходка в плывунах требует применения специальных методов:

• искусственное водопонижение (иглофильтровые установки, глубинные насосы);
• химическое закрепление грунтов (силикатизация, смолизация);
• замораживание грунтов (рассольное или жидким азотом);
• применение щитов с гидропригрузом (механизированных тоннелепроходческих комплексов с пригрузом забоя бентонитовым раствором).

¶Тектонические нарушения

В зоне пересечения тоннелями тектонических разломов и зон трещиноватости наблюдается повышенная обводнённость и неустойчивость пород. При проходке в этих зонах применяются опережающее тампонирование (нагнетание цементных растворов) и усиленное крепление.

¶Влияние геологических условий на архитектуру станций

Геология напрямую определяет глубину заложения и конструктивные решения станций:

• Станции глубокого заложения (60–75 метров) сооружаются в кембрийских глинах закрытым способом — пилонные, колонные и односводчатые станции («Площадь Восстания», «Автово», «Пушкинская»).
• Станции мелкого заложения (15–30 метров) строятся открытым способом в котлованах с креплением стен — возможны только на участках с устойчивыми грунтами и низким уровнем грунтовых вод («Парнас», «Купчино», «Проспект Ветеранов»).
• Наклонные ходы (эскалаторные тоннели) проходят через всю толщу четвертичных отложений, включая плывуны, что требует применения замораживания или водопонижения на период строительства.

¶Исторический опыт и аварии

Сложные геологические условия неоднократно приводили к авариям при строительстве. Наиболее известные случаи:

• 1974 год — прорыв плывуна на перегоне между станциями «Лесная» и «Площадь Мужества», вызвавший деформации тоннелей и многолетние работы по их восстановлению.
• 1995 год — затопление и разрушение части перегонного тоннеля на том же участке, что привело к закрытию движения на 9 лет.
• 2017 год — размыв грунта и образование провала на строительной площадке вестибюля станции «Театральная», вызванный прорывом водонасыщенных песков.

¶Современные технологии

Современное строительство метро в Петербурге ведётся с применением высокомеханизированных тоннелепроходческих комплексов (ТПМК) с гидропригрузом, позволяющих безопасно проходить плывуны и обводнённые грунты без водопонижения. Для строительства наклонных ходов применяются специальные проходческие комплексы и технологии замораживания грунтов. Ведётся мониторинг деформаций земной поверхности и зданий в зоне строительства.

¶Источники

• «Метрополитены Северной столицы» — историко-технический очерк о строительстве Петербургского метрополитена.
• Инженерно-геологические условия Санкт-Петербурга — материалы Комитета по природопользованию администрации города.
• Отчёты о строительстве и реконструкции петербургского метрополитена (ГУП «Петербургский метрополитен»).