Особенности методики инженерных изысканий на прецизионных объектах

Размещение уникальных сооружений с высокими требованиями к микродеформациям пород основания определяется экономической целесообразностью учета всего комплекса благоприятных и неблагоприятных факторов. Применительно к микродеформациям следует комплексно учитывать:
— наиболее благоприятное сочетание повсеместных и региональных микродеформаций;
— различное сочетание локальных микродеформаций и макродеформаций;
— различные соотношения локальных микродеформаций с конкретными инженерногеологическими условиями строительства.
При решении противоречивых ситуаций выясняются соотношения благоприятных в отношении микродеформаций и неблагоприятных по инженерно-геологическим условиям строительства факторов и наоборот:
1. Для заглубленных уникальных сооружений обычно благоприятны прочные монолитные скальные грунты основания, но как среда для сооружения предпочтительнее менее прочные и легче разрабатываемые породы с низкой теплопроводностью. Поэтому оптимальна площадка с двухслойным разрезом, в котором нижний слой представлен скальными грунтами, а верхний — дисперсными, желательно песчаными.
2. Предпочтительно строительство уникальных сооружений на полускальных грунтах (например, мягких известняках), способных как к хрупким, так и к пластичным деформациям.
3. Примыкающие к сооружению грунты (непосредственное основание) должны быть сухими, иметь прочный контакт с бетоном фундаментов, обладать низкими теплофизическими свойствами (теплоемкостью, теплопроводностью, коэффициентом температурного расширения). Их деформируемость необходимо детально изучать (например, в котлованах) и при необходимости эти грунты укреплять. Для более глубоких толщ (главного основания) полезно, напротив, обводнение, способствующее стабилизации температурного режима и исключению соответствующих микродеформаций. Эти толщи не нуждаются в ряде специальных исследований (характер сцепления с бетоном и др.), залегают в области более стабильных температур (поэтому их тепло физические свойства не имеют практического значения), не нарушаются при строительстве, не выветриваются, не требуют мелиорации и т.п.
4. Требования к грунтам обваловки ускорителей заряженных частиц:
— для биологической защиты окружающей территории от радиоактивных излучений и для создания стабильного температурного режима желательны плотные и влажные грунты;
— для уменьшения микродеформаций от нагрузок на породы основания целесообразны легкие и сухие грунты.
5. При проектировании оптимального заглубления ускорителей заряженных частиц необходимо учитывать следующие во многом противоречивые требования:
— заложить фундамент в зону постоянных температур;
— свести к минимуму выемку скальных грунтов;
— основать фундаменты на прочных породах;
— заложить все фундаменты на одну абсолютную отметку;
— учесть блочность пород;
— погасить бытовой отпор пород давлением (весом) сооружения;
— сохранить максимальную мощность рабочего пласта пород;
— защитить окружающую территорию от радиоактивного воздействия, работающего ускорителя.
При этом:
— заложение фундаментов в зону постоянных температур и на прочные породы не всегда согласуется с миминизацией выемки горных пород;
— учет блочности часто не согласуется с необходимостью заложения фундаментов на одной абсолютной отметке и т.п.
6. Во избежании больших объемов земляных работ лучше выровненный рельеф, который часто не обеспечивает надежного дренажа поверхностного стока.
7. При выборе площадок для радиотелескопов желательны участки, сложенные благоприятными грунтами, например, галечником и обладающие ровным рельефом. Однако галечные верховья рек расположены в горах, т.е. обладают излишне большим размахом рельефа. В низовьях рек рельеф ровен, но обычно нет галечников. Кроме того, по условиям помехозащитности оптимальные геоморфологические условия различны для разных типов радиотелескопов.
8. Обычная потребность в больших количествах технической и хозяйственно-бытовой воды обуславливает экономическую целесообразность близости многих уникальных сооружений к водозаборам. Ho колебание уровня грунтовых вод здесь вызывает микродеформации. Поэтому приходится отодвигать сооружения за пределы зоны влияния водозабора.
9. Экономически выгоднее располагать многие сооружения вблизи рек. Ho здесь недопустимые микродеформации могут быть вызваны: давлением паводковых вод, подпором подземных вод паводком, температурным влиянием паводковых вод и др. Поэтому обычно считается целесообразным располагать сооружения на удалении от реки порядка 2 км.
Оптимальный режим по выбору рациональной площадки строительства для каждого уникального сооружения с высокими требованиями к микродеформациям пород основания обеспечивается двумя факторами.
1. Проведением на наиболее ранних этапах инженерных изысканий комплекса высокоинформативных, но часто дорогостоящих методов исследования стабильности горных пород:
— установление деталей тектоники (особенно активной) и блочности пород основания;
— установление геодезических (площадных и на локальных полигонах) наблюдений за микродеформациями; участие геофизических исследований на локальных полигонах с ожидаемыми наиболее сложными (комплексными) и различными по своей природе, ориентировке и величине микродеформациями;
— детальное изучение состава, строения, свойств (особенно несущей способности), состояния и поведения горных пород; гидрологических, гидрогеологических и других условий строительства.
Все эти исследования целесообразно организовать таким образом, чтобы их можно было продолжить на всех стадиях изысканий, строительства и эксплуатации сооружения.
2. Целесообразностью оптимальных (компромиссных) проектных решений на основе оценки конкретных результатов для эффективности всего проекта строительства и эксплуатации сооружения. Поэтому необходим системный подход к оптимизации всего комплекса работ: инженерных изысканий, проектирования, строительства и эксплуатации сооружения.
Особенности методики исследований, связанных со строительством объектов с высокими требованиями к микродеформациям пород основания определяются рядом факторов:
1. Большое разнообразие объектов, предъявляющих определенные требования к макро- и микродеформациям; например, надземные и многие наземные сооружения, состоящие из конструктивно несвязанных элементов, не боятся даже разрывных и сейсмических макродеформаций благодаря автоматической или периодической юстировке этих элементов;
2. Высокая стоимость многих уникальных сооружений и возможностью чрезвычайно опасных негативных экологических последствий при их разрушении (например, атомные реакторы); поэтому для размещения многих сооружений должны быть исключены области активного вулканизма, повышенной сейсмичности (6 баллов и более) и зоны активных разрывов;
3. Усиление в зонах разрывных нарушений и повышенной трещиноватости интенсивности микродеформаций, имеющих практически повсеместное распространение.
Все это обуславливает необходимость выделения специального этапа на стадии ранних предпроектных исследований по отбраковке областей и регионов, неблагоприятных для строительства конкретного сооружения. Затем должны производиться исследования по выбору наиболее благоприятных районов (радиусом до 20 км) для размещения площадок строительства. Tакие районы отбираются по комплексу наиболее благоприятного сочетания структурно-геоморфологических, инженерно-геологических и гидролого-гидрогеологических условий строительства.
Наконец, на стадии предпроектных изысканий производится выбор площадок строительства уникальных комплексов и участков размещения наиболее ответственных сооружений с учетом тех же факторов.

Методика выбора места строительства должна учитывать некоторые исходные требования благоприятности строения грунтовой толщи и тектонических условий.
Характер грунтовой толщи может сказываться на типах локальных МИД. Ряд прецизионных сооружений (например, ускорители заряженных частиц) предпочтительно располагать на скальных или полускальных грунтах. Желательны скальные грунты в основании стационарных атомных реакторов (особенно подземных) и ряда высотных сооружений. Сооружения с высокоточными технологическими линиями, а также радиоантенные и лазерные системы могут располагаться как на скальных, так и на дисперсных грунтах.
С учетом разнообразия реальных тектонических условий строительство прецизионных сооружений:
1. желательно в тектонически стабильных, несейсмичных (с сейсмической интенсивностью менее 6 баллов) регионах без активного вулканизма;
2. целесообразно в пределах тектонически монолитных блоков, не пересекаемых активными разрывными нарушениями любого типа;
3. нежелательно в пределах зон разрывных нарушений, где обычно происходит активизация МИД;
4. нецелесообразно в зонах активных разрывных нарушений, где фиксируются современные, голоценовые, четвертичные или новейшие МАД, а также в зонах с активным формированием, выраженных в рельефе новейших складок, флексур, и в зонах с интенсивным проявлением опасных экзогенных геологических и техногенных процессов.
Наименее благоприятными для строительства считаются зоны приповерхностных разрывных нарушений:
— шовные зоны и зоны смятия, являющиеся приповерхностным выражением глубинных разломов (ширина до десятков километров при протяженности в сотни и тысячи километров); инженерные сооружения могут пересекаться только отдельными опасными элементами таких зон (разрывами, трещинами);
— разрывные зоны, включающие подзоны сместителя, тектонических клиньев и краевые подзоны аномальной трещиноватости; современный разрывный крип обычно локализуется в подзонах сместителя;
— трещинные зоны и диаклазовые швы, обычно малоамплитудные; в подзонах сместителя и при повышении напряженного состояния скального массива разрывные смещения могут локализоваться и по отдельным трещинам.
При необходимости строительства на территориях, пересеченных разрывными нарушениями, желательно размещать сооружения за пределами разрывных и трещиноватых зон. В пределах разрывных зон важно по возможности локализовать сооружения в центральных частях наиболее крупных и монолитных тектонических клиньев и вне подзон сместителя. Следует пересекать подзоны сместителя элементами и конструкциями, для которых не опасны МАД и МИД (гибкие и подвижные конструкции).
Отбраковка неблагоприятных регионов осуществляется на самых ранних стадиях исследований, на основе современных материалов по сейсмическому, неотектоническому и другим видам районирования, распространению активных разрывов и другим факторам. Районы и площадки строительства отбираются по наиболее благоприятному сочетанию комплекса структурно-геоморфологических, инженерно-геологических и гидрогеологических условий строительства.

Специальные исследования по выявлению микродеформаций пород основания уникальных объектов с высокими требованиями к микродеформациям пород основания проводятся для решения следующих основных задач:
— выбор региона, района и площадки строительства;
— размещение наиболее уникальных сооружений по-возможности в пределах единых тектонических блоков;
— выявление на площадках опасных макродеформаций различной природы;
— изучения неравномерности проявления микродеформаций для рационального размещения сооружения в пределах тектонического блока и площадки;
— мониторинг микродеформаций и изучение природных и техногенных макродеформаций на этапах строительства сооружения, установки и эксплуатации оборудования.
Решение перечисленных задач зависит от типа и условий работы сооружений с высокими требованиями к микродеформациям пород основания. Наиболее детальны специальные исследования для подземных и заглубленных наземных сооружений, оборудование и эксплуатация которых зависимы от микродеформаций пород основания.

Строительство и эксплуатация подобных сооружений предусматривает следующие этапы и масштабы комплексных исследований (табл. 7.9).
1. Этап предпроектных региональных исследований, для выявления наиболее тектонически стабильных асейсмичных территорий без активного вулканизма, подразделяется на три подэтапа:
— подэтап выбора благоприятного региона предполагает анализ обзорных материалов (для исключения регионов с активным вулканизмом, большой дифференцированностью и интенсивностью современных и новейших тектонических движений и высокой сейсмичностью); в отдельных случаях целесообразны рекогносцировочные посещения сравниваемых наиболее благоприятных регионов;
— подэтап выбора наиболее благоприятного из конкурирующих районов (с поперечником до 50-100 км) целесообразно сопровождать районированием выбранного региона в масштабе 1:200 000 соответствующем масштабу государственного геологического картирования всей территории России (и СНГ) и частому масштабу детального сейсмического районирования; обязательны рекогностировочные комплексные исследования; желательны аэровизуальные наблюдения;
— подэтап выбора конкурирующих площадок строительства (в нескольких или одном наиболее благоприятном районе) целесообразно сопровождать районированием в масштабе 1:50 000, соответствующем масштабу государственного геологического картирования, проведенного на большей части территории России (и СНГ); полевые исследования обязательны.
2. На этапе изысканий для предпроектной документации предусматривается окончательный выбор площади строительства и ее районирование для выбора и сравнительного анализа монолитных блоков, благоприятных для размещения уникального и сопровождающих его сооружений. Исследования проводятся в масштабах 1:25 000 и 1:10 000, типичных для сейсмического микрорайонирования и выявления активных разрывов с опасными тектоническими смещениями и сопровождаются закладкой опорных геодезических сетей, локальных полигонов и геофизических станций.
3. На этапе изыскания для рабочей документации осуществляется анализ вариантов размещения наиболее ответственных сооружений на площадке строительства. Обычны масштабы 1:5 000 и 1:2 000. Режимные геодезические и геофизические измерения могут сопровождаться заложением новых станций и локальных геодинамических полигонов.
4. На этапе строительства осуществляется мониторинг приповерхностных микродеформаций, а для подземных сооружений производится закладка подземных геодезических опорных и разбивочных сетей и комплексных туннельных полигонов и станций. Дополнительная геодезическая сеть создается при установке оборудования, эксплуатации которого препятствуют микродеформации.
5. При эксплуатации сооружений осуществляется мониторинг микродеформаций; желательно создание автоматизированных систем юстировки оборудования в процессе его работы.