К работе над проектом были привлечены специалисты из Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН, Института горного дела им. Н.А. Чинакала СО РАН и ООО НИЦ «Бамтоннель». Для апробации методики, предназначенной для повышения безопасности действующих подземных объектов, участники проекта провели работы на заброшенном тоннеле, расположенном в Кемеровской области.
Почему эта работа важна
Проектирование тоннелей, подземных выработок и других подобных сооружений базируется на данных петрофизических и геофизических исследований скважин, выполненных на территории строительства. Тем не менее, этих сведений может оказаться недостаточно для всестороннего анализа геологической обстановки. Поэтому не всегда удается определить участки массива горных пород, представляющие потенциальную опасность – например, характеризующиеся трещиноватостью и высокой степенью обводненности. Это может создавать угрозы безопасности при эксплуатации подземных объектов.
Одной из типичных сложностей является точное определение расстояния от тоннелепроходческого комплекса до участков, представляющих опасность при проходке. Оценка состояния обсадки тоннелей и горного массива, расположенного за ней, необходима при планировании гидроизоляционных и иных ремонтных мероприятий.
Новосибирские специалисты использовали метод многоканального анализа поверхностных сейсмических волн (MASW) для изучения свойств горных пород в районе железнодорожного тоннеля. Этот подход, который ранее успешно применялся при работах на поверхности, впервые был использован для решения задач в подземных сооружениях.
Где именно работали специалисты?
Наблюдения за сейсмическими волнами осуществлялись в Кемеровской области в тоннеле на участке Артышта – Томусинская, который был построен в 1967 году. В связи с трудностями, связанными с обводнением, данный объект сейчас не используется и находится в состоянии консервации. Новый, действующий тоннель расположен в 30 метрах от старого.
Сейсморазведочные работы проводились возле западного портала заброшенного тоннеля. Первые 250 метров тоннеля имеют круглое сечение и выполнены с использованием чугунной тюбинговой обкладки, которая ранее широко применялась при строительстве метрополитенов. В дальнейшем, поскольку тоннель проложен в более плотных горных породах, его профиль становится подковообразным.
Для обработки полученных данных использовали метод многоканального анализа поверхностных волн (MASW). Вибрации создавались с помощью источника, основанного на двух низкочастотных акустических трансдьюсерах, которые генерировали свип-сигнал в диапазоне 5-500 Гц. Затем формировалась и обрабатывалась коррелограмма. Для анализа применяли метод наклонного f-k преобразования (SFK), который показал хорошие результаты при обработке многоканальных данных поверхностных сейсмических волн.
Некоторые результаты
На основании анализа полученных данных, эксперты сделали ряд интересных заключений. В частности, на одном из участков тоннеля зафиксировано отсутствие плотного контакта бетонной облицовки с грунтом.
Среди вероятных факторов, обусловивших ситуацию, можно выделить пустоты и участки с пониженной плотностью, возникшие вследствие трещин в горной породе. В этих областях возможно проникновение воды. Ранее консервация тоннеля была связана с проблемами, вызванными обводнением, – в настоящее время современные методы исследования позволили точно установить местоположение проблемных участков.
– Участники проекта подчеркнули, что аппаратура и методики, применяемые при наземной инженерной сейсморазведке, оказались эффективными для использования в подземных условиях.
Затем разработанные методики могут быть использованы для выявления участков, требующих внимания, и на уже функционирующих объектах.
Данная работа проведена при поддержке гранта Российского научного фонда № 24-27-00192, https://rscf.ru/project/24-27-00192/
К.ф.-м.н. А.С. Сердюков, к.ф.-м.н. А.В. Яблоков, А.В. Азаров, М.Н. Корми, К.Б. Акулов приняли участие в работе.
Пресс-служба ИНГГ СО РАН предоставила информацию и фотографии