Размывы в метро: причины и ликвидация последствий

Размывы в метро: причины и ликвидация последствий

История петербургского метростроения — это история борьбы с водной стихией. Подземные воды метростроителям приходилось укрощать не раз, но самыми значительными можно считать два размыва, произошедших на перегоне между станциями «Лесная» и «Площадь Мужества» Кировско-Выборгской линии.

Размывы в метро: причины и ликвидация последствий
00:00
Громкость
Первый размыв произошел в 1974 году, на этапе строительства продления Кировско-Выборгской линии. Маршрут подземной трассы пролегал через старое русло Невы. До ледникового периода, миллионы лет назад, Нева была шире, глубже, и русел у нее было больше. Участок, через который должно было пройти метро, — это одно из таких старых русел, погребенное под валунами при схождении ледника. И несмотря на то, что самой реки до наших времен не сохранилось, подземная подпитка с ледника никуда не исчезла.

Старое русло Невы начинается приблизительно от Финляндского железнодорожного моста, проходит через весь восток и север города и заканчивается в Ольгино. Можно ли обойти его слева или справа? Как и реальную реку, сделать это без моста невозможно. Участок между «Лесной» и «Площадью Мужества» — это по сути своей мост, который находился под землей.

Пройти этот участок на большей глубине оказалось невозможным: глубина залегания русла достигала 160 метров. Чтобы безопасно преодолеть расстояние от «Лесной» до «Площади Мужества» пришлось бы опускаться до 200-метровой отметки. Но на таких глубинах гражданские сооружения никто в мире не строит: один только спуск на эскалаторе займет более получаса. Строительство наземного пути потребовало бы сноса домов и магистралей. Иными словами, метростроители выбрали единственно возможный вариант — идти напролом.

Чтобы пройти воду, нужно было ее заморозить. В то время заморозку вели с помощью фтористого кальция. Однако по какой-то причине одна из систем не сработала, и осталась непромороженная зона.

Заморозка велась с помощью тонкостенных труб с небольшим диаметром длинной до 80 метров. Возможность забурить такую трубу строго вертикально бывает не всегда, потому существуют допуск на отклонение объекта. Видимо, совокупное отклонение скважин и создало непромороженную зону, на которую наткнулись метростроители при проходке тоннеля в 1974 году.

Метростроевцы вспоминали, как подземная река устремилась в нижний транспортный тоннель. Начались протечки. На каждый сантиметр тоннеля река оказывала огромное давление, рвала защитную чугунную обшивку колец тюбингов, просачивалась в трещины в металле. Когда вода с песком пошла под сильным напором, было принято решение вывести людей из тоннеля. Чугунную обшивку верхнего транспортного тоннеля разорвало, и в перегон ворвалась водно-песчаная смесь. Вода дошла до защитного затвора №32 у самой границы со станцией «Площадь Мужества». Под землей сложилась чрезвычайная ситуация.

Для обеспечения безопасности был закрыт и заварен затвор в конце нижнего тоннеля, обращенном к станции «Лесная», плотно закрыта массивная металлическая дверь на границе со станцией «Площадь Мужества».

В общей сложности грунта в тоннели попало 30 тысяч кубометров, это пять тысяч грузовиков. На дневной поверхности произошло проседание: пострадали предприятия «Аврора», «Красный октябрь», проезжая часть Политехнической улицы и многое другое.

Чрезвычайную ситуацию необходимо было ликвидировать и продолжить проходку. Было решено провести повторную заморозку, на этот раз жидким азотом. Как рассказывали ветераны «Метростроя», чтобы обеспечить строительство метро нужным количеством этого вещества, был отменен запуск космической ракеты. Однако в те годы разглашать происхождение жидкого азота метростроителям было запрещено. Для его доставки со стороны Кушелевки провели специальную железнодорожную ветвь — эшелонами гнали цистерны с азотом.

Заморозка грунта велась на площади в 30 на 500 метров, скважины бурились с шагом в два метра, и их были тысячи. Температура замораживания превышала минус 200 градусов по Цельсию и давала уверенный эффект. Тоннели проложили, и участок сдали в эксплуатацию. Причем расположение тоннелей было сделано не традиционное — слева и справа, а один над другим, чтобы сократить площадь заморозки.

Еще до аварии у метростроителей была задача обеспечить на участке движение в 1975 году. В апреле, не дожидаясь окончания работ по строительству перегона между станциями «Лесная» и «Площадь Мужества», сдают «Выборгскую» и «Лесную», пришлось вносить коррективы в проект. 31 декабря 1975 года открыли движение и до станции «Академическая». Метростроители своё обещание выполнили.

После завершение строительства было решено прекратить заморозку грунта — слишком дорого было постоянно его поддерживать. Постепенно грунт разморозился и приблизительно к началу девяностых годов пришел к своим естественным характеристикам.  Вода вновь начала оказывать давление на обделку извне. Кроме того, действующее скоростное ограничение на этом перегоне давно было снято метрополитеном, поскольку росли потребности в пропускной способности этой ветки. Постепенно все это привело к деформации тоннелей. Инженер и аспирант кафедры «Тоннели и метрополитены» Петербургского государственного университета путей сообщения Дмитрий Графов предполагает, что предпосылкой к разрушению могла послужить и особая конструкция тоннеля: в нем трехслойная облицовка — чугунные шестиметровые тюбинги, внутри железобетонная мощнейшая рубашка и стальной восьмимиллиметровый лист. Такая жесткая конструкция, по мнению эксперта, не допускала никаких деформаций. Тоннель стал превращаться в эллипс, что способствовало раскрытию трещин и попаданию воды сквозь щели в тюбинговой обделке.

Всё это привело к повторной аварии на этом участке в 1995 году. Метростроители долго боролись за сохранение тоннелей: по ночам они устраняли прорехи, однако машинисты продолжали жаловаться на появление воды. Устранять протечки в ночные «окна» становилось все сложнее: стальной лист лопался, его заваривали, а на следующий день он лопался в другом месте. Особенно страшные деформации пошли у верхнего тоннеля, он все больше принимал форму эллипса. Стало очевидно, что спасти его не удастся, и 9 декабря 1995 года было принято решение закрыть и затопить верхний тоннель.

В 1985 году на начальном и конечном участке этой трассы предусмотрительно были сделаны стальные двери – гермозатворы. Их перекрыли, и верхний тоннель принудительно затопили водой — это так называемый метод мокрой консервации. Через несколько суток начал деформироваться и нижний тоннель, который до этого был в нормальном состоянии. Маркшейдеры отмечали, что тоннель проседал в сутки на один-два сантиметра. Скорость деформации была критичной, поэтому 18 декабря закрывают и нижний тоннель.

Движение на линии было организовано городским наземным транспортом: был запущен новый маршрут — автобус № 80, который ходил очень часто.

Сдали участок в эксплуатацию только в 2004 году, используя уникальную технологию, которую «Метрострой» освоил совместно с зарубежными партнерами. Впервые в российской практике был применен тоннелестроительный комплекс с активным гидропригрузом «Виктория». Режущий орган (головная часть) этого проходческого щита герметично отделен от построенного тоннеля. При разработке породы механизм перерабатывает ее в пульпу и выкачивает на поверхность в жидком виде. Такая машина позволила успешно проложить через размыв оба перегонных тоннеля без остановки и замораживания.

Но интерес представляет не только сам щит «Виктория», а весь комплекс инженерно-технических решений, позволивших победить размыв. Так, к примеру, на дневной поверхности располагалась сепараторная установка для очистки выдаваемой из тоннелей пульпы. Отдельный интерес представляет решение, к которому прибегли метростроители, чтобы развернуть щит в обратную сторону для строительства второго перегонного тоннеля сквозь аварийную зону. Для этой цели под землей соорудили разворотную перемонтажную камеру, в которой с помощью домкратов и лебедок строители изменили положение «Виктории» на 180 градусов, после чего она приступила к проходке второго тоннеля по направлению к «Лесной». Саму эту камеру из окна вагона мы не видим, только забетонированные стены, за которыми она располагается.

К помощи «Виктории» петербургским метростроителям больше обращаться не приходилось. Уже при строительстве «Пионерской» подземщики вновь наткнулись на старое русло Невы, однако на этот раз его удалось безопасно пройти ниже водоносного уровня. Проезжая от «Черной речки» до «Пионерской», пассажиры метрополитена могут почувствовать, что поезд довольно резко уходит вниз. Это действительно так — максимальная глубина тоннеля здесь достигает 110 метров.

При подготовке лекции использовались материалы Дмитрия Графова, инженера, аспиранта кафедры «Тоннели и метрополитены» Петербургского государственного университета путей сообщения имени Александра I.