Рельеф, геоморфология, гидрография

Площадка проектируемых тоннелей №№6/6а административно находится на юге Краснодарского края, в Центральном районе г. Б.Сочи, на участке плотной застройки. Их южные порталы располагаются между Мясокомбинатовским переулком и ул. Поселковской на абсолютных отметках порядка 50 м. Северные порталы расположены к северу от одноимённого съезда к западу с ул. Виноградной на абсолютных отметках порядка 50-55 м.

Описываемая территория относится к выделенному при съемке масштаба

1:25000 (Островский и др., 1972) низкогорному типу рельефа, подтипу низкогорного холмисто-грядового рельефа с широкими террасированными V-образными и трапециевидными долинами, геоморфологическому району Пластунской неотектонической депрессии (его участку междуречья Мамайка-Агура).

Участок строительства тоннелей №№6/6а приурочен к оси депрессии, трассирующейся от междуречья Псахе-Сочи к Пластунским воротам. В её пределах абсолютные высоты верхнеплиоценовых поверхностей выравнивания и нижнеплейстоценовых террас имеют минимальные значения.

В пределах описываемого района отчетливо выделяется две самостоятельные фазы рельефообразования.

Первая фаза верхнеплейстоцен-голоценовая (послекарангатская), с которой связана активизация эрозионных, оползневых, делювиальных и других экзогенных геологических процессов. Причиной этого можно считать наиболее активное проявление здесь послекарангатской фазы неотектонических поднятий, что доказывается более высоким (на 5-7 м) гипсометрическим положением карангатской (III надпойменной) террасы по сравнению со смежными с запада территориями. Следствием этой активности явилось широкое распространение в описываемом районе ландшафтных форм оползневого и вторично-эрозионного (склоны овражно-балочной сети) рельефа, существенно переработавшего первичный делювиально–эрозионный правый склон долины р. Сочи и широкий террасированный морской склон междуречья Сочи–Мамайка. Овражно-балочная сеть сформировалась в плейстоценовое время после формирования раннеплестоценовых чаудинских террас.

Вторая фаза связана с активным антропогенным воздействием в настоящее время на окружающую среду в результате хозяйственной деятельности человека. Существенное изменение первичного рельефа произошло в результате строительства дорог, полок под жилые частные дома, планировки склонов в пределах приусадебных участков. Оно выразилось в значительной отсыпке привозных грунтов, регулировании поверхностного стока, строительстве многочисленных подпорных стен с целью выполаживания первичного рельефа и склоноукрепления. Эти мероприятия привели к значительному преобразованию первичного рельефа в районе проектируемых порталов тоннеля и на большей части склонов над тоннелем. Исключение составляют головные уступы обширных денудационных котловин, приуроченных к водоразделу г. Виноградной.

Гидрографическая сеть района полностью относится к бассейну Черного моря. По своему характеру они являются типичными горными реками. Режим их отличается резкими, кратковременными паводками, возможными в любое время года. Характерной особенностью для них, является отсутствие ледостава и резкое изменение расхода воды от почти полного пересыхания до десятков и сотен куб. метров в секунду в период паводков. Источником питания гидрографической сети являются атмосферные осадки и грунтовые воды. Снеговое питание имеет место лишь для р. Сочи.

Наиболее крупной водной артерией района является р. Сочи с правым притоком руч. Хлудовский. Река Сочи берет начало на южном склоне Главного Кавказского хребта на абс. отм. 1814 м. Общая протяженность ее составляет 44,3 км, площадь водосбора достигает 296 км², средний уклон равен 0,412; уклон в пределах г. Сочи – 0,005. Максимальный расход воды в реке в пределах города составляет 587 м³/сек, минимальный – 0,5 м³/сек. Русло реки на протяжении 5 км от устья и вся нижняя половина руч. Хлудовский зарегулированы. В пределах исследованного района (охватывающего лишь правобережья реки и руч. Хлудовский) широким развитием пользуются низкие речные террасы. Правый склон р. Сочи достигает крутизны 25-30° и в значительной мере осложнен оползневыми формами рельефа.

Балка Спиваковского имеет протяженность около 1,5 км. Русло ее водотока на всем протяжении сильно меандрирует, врезаясь в надпойменную террасу на 1,5-2,0 м. Правый склон балки интенсивно расчленен мелкими отвершками, на левом склоне и в верховье балки интенсивно протекают оползневые процессы.

Бочаров ручей имеет длину около 1,2 км. В своем верховье ручей разветвляется на два равновеликих отвершка протяженностью около 400 м.

Геологическое строение

На площадках проектируемых тоннелей №№6/6а по данным буровых и геофизических исследований, с учетом полученных данных на стадии «проект» геологический разрез на глубину до 66,0 м представлен сверху вниз следующими слоями:

Слой 1 (tQ_IV) – насыпные образования. В районе проектируемых тоннелей занимают крайне ограниченные участки. Образованы в основном, при прокладке трасс коммуникаций, автодорог, подъездов к жилым домам, а также, в процессе ведения других планировочных работ в строительстве. Насыпные грунты являются природными образованиями, перемещенными с мест их естественного залегания. Давность отсыпки, их мощность и состав различны. По проведенным изысканиям мощность грунтов составила 0,15-3,8 м.

Слой 2 (d-dpQIV)– делювиальные и оползневые голоценовые образования. В районе проектируемых тоннелей развиты весьма широко и представлены глинами светло-коричневого, серовато-бурого цвета от полутвердой до твердой консистенции, реже тугопластичной. В верхней части с корнями растений, в нижней - с включением сильно выветрелых дресвы и щебня коренных пород - аргиллитов серого цвета от 5 до 25%. Иногда встречаются перегнившие растительные остатки и сажистые вкрапления, частички раковин моллюсков. Слой вскрыт с поверхности повсеместно. Вскрытая мощность составила от 0,5 до 6,0 м. При этом, максимальная мощность грунтов вскрыта в юго-западной части площадки, в районе тоннеля №6а (скв.№1(1), пробуренная в 2008 г на стадии «проект»).

Слой 3 (еQIV, dpQIII-IV) – элювиальные голоценовые и оползневые плейстоцен-голоценовые образования. Имеют локальное распространение и представлены аргиллитом с очень слабыми структурными связями. При лабораторных испытаниях растирается до суглинков серого и темно-серого цвета твердой консистенции, с включением сильно выветрелого щебня коренных пород от 15 до 25%, иногда с прослоями серых твердых глин. Элювий представляет собой зону тонкого дробления коренных пород без сохранения структурных связей. Вовлеченный в процессы смещения, он был частично переработан в оползневые грунты - суглинки с неравномерным содержанием крупнообломочного материала. Грунты встречены локально в виде покровного чехла на породах коренной основы. Мощность достигает от 0.9 до 7.0 м.

Слой 4 (dpQIII-IV,tkP3sc) - трещиноватая зона коренных пород с сохранением текстурных признаков материнской основы, но с очень сильно ослабленными структурными связями, в основном в силу тектонической нарушенности. Представлена эта зона аргиллитами серого цвета, разрушенными до состояния суглинка твердого с частичным, либо, полным сохранением слоистости коренных пород. В тектонически нарушенных породах наблюдается раздробленность пород, разнонаправленные зеркала скольжения и секущие закрытые и открытые трещины, зачастую, залеченные кальцитом с небольшой пиритизацией. Максимальная вскрытая мощность в скважине скв-12(ю) составила 19 м.

Слой 5 (P3sc) Коренную основу слагают полускальные грунты сочинской свиты, представленные аргиллитами светло-серого до темно-серого цвета с ровной мелкозернистой структурой, плитчатой, тонкослоистой текстурой. Напластование аргиллитов хорошо выражено. Мощность пластов обычно достигает 0,10-0,50 м, максимальная - 1,5-2,0 м. Количество песчаников в разрезе до 2-3%. Иногда встречаются напыления пирита (по отдельным шлифам 3-4%). В целом, коренной массив по литологическому составу и залеганию пород довольно однороден. В пределах него будет производиться строительство проектируемых тоннелей.

Аргиллиты сочинской свиты изучались в петрографических лабораториях Екатеринбурга для определения вещественного состава методами рентгенометрического, рентгеноспектрального, химического и термического анализов, изучения состава пород в шлифах.

При изучении шлифов установлено, что данные образцы имеют практически одинаковый состав, который отличается только процентным содержанием того или иного компонента.

Кластический материал представлен следующими типами обломков:

Кварц в количестве от 4%-6%. до 15%-20%. Кварц представлен изоморфными и остроугольными зернами, рассеянными по всей породе. Максимальный размер зёрен кварца 0,4 мм.

Хлорит присутствует в количестве от единичных зёрен до 8 %. Он представлен зёрнами различной формы и окатанности, расположенными хаотично по породе. Максимальный размер до 0,3 мм.

Органическое вещество присутствует в количестве 15%-20 %, достигая иногда 30 %. Органическое вещество присутствует в рассмотренных породах в виде двух морфологических типов: вытянутые формы и отдельные округлые сгустки, В единичны случаях встречены гнездовидные скопления органического вещества размером до 0,3 мм, состоящие их множества округлых сгустков.

Биотит в породах находится в количестве от единичных зёрен до 10%. Наиболее распространённый размер зёрен 0,1 мм, иногда достигает 0,4 мм. Форма нахождения биотита в породах различна – округлая, вытянутая и т.д.

Серицит в породах находится в количестве от 2% до 10-15. Серицит присутствует в виде иголочек и чешуек, рассеянных по породе, размером 0,1-0,2 мм.

В незначительных количествах менее 1 % в породах присутствует карбонат.

Цемент во всех образцах глинистый.

Рассмотренные аргиллиты имеют ряд особенностей. Прежде всего, они отличаются друг от друга степенью трещиноватости от сильно трещиноватых (большая часть трещин располагается параллельно слоистости, хотя присутствует и трещины, секущие слоистость) до трещиноваты (трещины располагаются не по всей породе, а только на отдельных участках). Также он может не иметь трещин вообще, т.е. порода наиболее плотная (однородная) из представленных.

Сортировка кластического материала от низкой до средней (резко преобладает).

Основным параметром, отличающим разные образцы, является слоистость. В основном изученные образцы слоистые. Слойки имеют разную мощность примерно в пределах 1 - 5 мм. Слоистость подчеркивается углефицированным органическим веществом. Иногда они однородные и не имеют трещин.

В результате рентгенометрического анализа образцов, выполнявшегося для определения минерального состава аргиллитов сочинской свиты, выявлены кварц, плагиоклаз, кальцит, хлорит, пирит, гидрослюда, есть монтмориллонитовый или каолиновый минерал, в единичных пробах – сидерит.

Термический анализ пяти проб производился также с целью определения минералогического состава.

В результате было обнаружено наличие следующих минералов.

хлорит - 15 %

гидрослюда - 15-30 %

монтмориллонит - 10 %

кальцит - 10-13 %-16

пирит - 2-3 %

кварц - <5 - 10 %

Наиболее достоверные, скорее всего, данные термического анализа. Странно, что им не зафиксировано наличие органического вещества.

Рентгено-флуоресцентный спектральный анализ пяти проб производился с целью определения химического состава проб. Химический состав проб установлен по данным двух методов и приведён в таблице 2.2.

Таблица 2.2

Химический состав аргиллитов, в вес.%

Проба	Скв 16, инт. 26,5-27,5 м	Скв 16, инт. 44-45 м	Скв. 22, инт. 41-42 м	Скв. 22, инт.51-52 м	Скв. 22, инт.58-59 м
P2O5	0,37	0,35	0,38	0,41	0,35
SiO2	53,20	53,23	54,52	53,74	51,48
TiO2	1,58	1,33	1,46	1,49	1,32
Al2O3	15,67	14,97	16,48	15,61	14,31
Fe2O3	4,17	3,87	4,18	4,35	3,91
FeO	0,70	1,20	1,90	2,10	2,80
MnO	0,43	0,50	0,26	0,40	0,44
MgO	0,40	0,22	0,42	0,48	0,49
CaO	5,85	7,22	3,97	5,56	6,58
K2O	4,52	4,60	4,25	4,29	4,02
Na2O	0,90	0,65	0,76	0,83	0,80
S	1,54	0,97	1,64	1,18	0,79
П.п.п.	10,30	11,20	10,40	10,50	13,00
Сумма	99,63	100,31	100,62	100,94	100,29

Основной причиной разных прочностных свойств изученных аргиллитов являются не разный минеральный состав пород (который практически одинаков), и не разная степень тектонической переработки, а их текстурные особенности и разная крупность зерен обломочных минералов. В менее прочных аргиллитах обломочный материал отчетливо крупнее и они обладают выраженной слоистостью, что очевидно способствует скорейшему расслоению и последующей дезинтеграции данных пород. Обе эти литологические черты относятся к числу первичных осадочных характеристик данных пород.

В тектоническом отношении участок изысканий расположен в пределах Абхазской структурно-фациальной зоны (СФЗ) вблизи её тектонической границы с расположенной севернее Чвежипсинской СФЗ. Зоны контактируют по региональному Воронцовскому надвигу, амплитуда перемещения по которому достигает 10 км. Абхазская СФЗ характеризуется прерывистой складчатостью, куполовидными структурами с широкими синклиналями и гребневидными антиклиналями. Территория строительства тоннелей №№6/6а располагается в пределах Сочинской синклинальной складки, которая входит в состав субмеридиональной Пластунской синклинальной депрессии. Строительство тоннелей проектируется в южном крыле Сочинской синклинали вблизи её ядра. К востоку от Бочарова ручья преобладают пологие (5-150) падения пород в южных румбах, что позволяет выделять здесь северное крыло Сочинской синклинали.

Согласно схеме неоструктурного районирования Северо-Западного Кавказа проектируемые тоннели проложены в пределах Устьмамайского грабена в его центральной части на удалении от разрывных нарушений современного этапов развития. По ходу пикетажа тоннели приближаются к зоне Воронцовского надвига.

По имеющимся сведениям, породы коренного основания вблизи зоны надвига неравномерно тектонически трещиноватые, выборочно раздробленные и перетёртые на мощность в сотни метров. Максимально эти процессы проявлены в лежачем боку зоны надвига.

В результате выполненных работ на основании изучения керна скважин и особенностей геосейсмических полей выявлено наличие субгоризонтальной разрывной структуры, пересекающей участок работ на уровне строительства тоннелей или вблизи их.

У южных порталов она выходит на уровень строительства тоннелей. Она имеет чётко выраженные тектонические контакты. Её мощность достигает 10-12 м. Она сложена перемятыми до твёрдых суглинков аргиллитами и щебенистым материалом аргиллитов с суглинистым заполнителем. В пределах зоны широко распространены зеркала скольжения, линзочки и примазки кальцита. В контактах разрывной структуры аргиллиты имеют аномальные залегания (фото-1). В висячем контакте они сильно трещиноватые на глубину до 2 м, неравномерно рассланцованы и трещиноватые по напластованию на глубину до 15 м.

Начиная с ПК126+27 данная разрывная структура прослежена ниже уровня строительства тоннелей с постепенным удаление от их лотков. В районе ПК 131 она находится на глубинах более 15м от тоннелей. Постепенно изменяется её мощность и состав. Перемятые аргиллиты сменяются зоной сильно трещиноватых пород, которые в свою очередь переходят в обширную зону неравномерно трещиноватых преимущественно по напластованию пород, подстилающихся чётким тектоническим швом, наиболее эффектно зафиксированным в скважине скв №6.2 (фото-1). Данная зона оказывает некоторое влияние на условия строительства тоннелей до ПК129.

В районе и вблизи северного портала тоннелей в лежачем контакте разрывной структуры на уровне ниже 12 м лотков тоннелей также отмечаются линзы перемятых и сильно трещиноватых аргиллитов, наличие которых необходимо учитывать при существенных вертикальных планировках.

Очевидно, данное разрывное нарушение является удалённой оперяющей структурой зоны Воронцовского надвига.

Других тектонических структур разрывного характера на участке работ не выявлено.

Гидрогеологические условия

По схеме районирования территории СССР по типам режимов подземных вод, Черноморское побережье Кавказа относится к гидрогеологическому району с полным отсутствием промерзания грунтов, к зоне избыточного увлажнения с круглогодичным преимущественно зимним питанием подземных вод.

Отложения Сочинской свиты являются практически безводными, что объясняется их преимущественно глинистым составом. Незначительные водопроявления связаны с зоной экзогенной трещиноватости или с отдельными прослоями песчаников. Циркуляция подземных вод возможна и по зонам трещиноватости тектонического происхождения. Существенных разрывных нарушений, пересекающих тоннели, на участке не выявлено. Выявленные по геофизическим данным локальные подземных вод находятся на глубинах 25- 35 м и приурочены к основанию зоны экзогенного разуплотнения грунтов, то есть к основанию ИГЭ-5а у подошвы с ИГЭ-6. Учитывая низкие фильтрационные свойства донной части разреза и их незначительную эффективную пористость, ожидать здесь сколько-нибудь значительных водопритоков нет оснований.

В районе порталов тоннелей №№6/6а при буровых работах установившийся уровень подземных вод зафиксирован на глубинах 0.0-14.7 м. Воды носят смешанный характер. Водовмещающими грунтами являются глинистые делювиально-оползневые и трещиноватая зона коренных пород. Питание вод происходит за счет атмосферных осадков, а также, за счет канализационных и хозяйственных утечек из изношенных коммуникаций, которые отмечены на площадке работ, также, подпитываются водами типа «верховодка», так как работы проводились преимущественно в дождливый период.

Согласно табличным данным, коэффициент фильтрации глин равен 0,001 м/сутки.

По данным произведенных откачек (приложение 17) в скважинах №11ю и №14ю коэффициент фильтрации варьирует в пределах от 0.023 м/сутки до 0,032 м/сутки, что связано со значительной структурно-текстурной неоднородностью интенсивно выветрелой зоны коренных пород, а как же различной степени трещиноватости коренных пород, слагаемых аргиллитами, лежащих ниже выветрелой зоны. В соответствии с ГОСТ 25.100-95 данные грунты относятся к слабоводонепроницаемым.

Коэффициент фильтрации 0.023 м/сутки соответствует аргиллитам трещиноватым, так как откачка производилась в скважине №11ю с глубины 24 м, где основным источником поступления воды в скважину являлись аргиллиты трещиноватые.

Коэффициент фильтрации, равный 0,032 м/сутки соответствует аргиллитам в интенсивно выветрелой зоне (до суглинков структурных трещиноватых), так как откачка производилась в скважине №14ю с глубины 6 м, в зоне аргиллитов выветрелых до состояния суглинков структурных, трещиноватых часто перемятых, с зеркалами скольжения. Учитывая их крайнюю неоднородность по оползневым блокам их водопроницаемость может колебаться от 0,3 до 1,5 м/сут.

Скважины №№ 6.1, 6.2, 6.3, 6.4 были пробурены в толще аргиллитов сочинской свиты. По ним не удалось выделить чётко выраженный водоносный горизонт, поэтому оценивалась на фильтрационные свойства вся толща коренных пород. Коэффоциент фильтрации по ним не превышает 0,001 м/сут. В соответствии с ГОСТ 25.100-95 данные грунты относятся к неводопроницаемым. Учитывая слабую тектоническую нарушенность грунтового массива на участке строительства тоннелей №№ 6/6а, существенные водопритоки по тоннелям не прогнозируются.

По данным химического анализа воды являются гидрокарбонатно-натрий-кальций-магниевыми, по степени минерализации - пресными с общей минерализацией 975.5 мг/л, по жесткости - умеренно жесткими. По величине РН=6,6 – воды кислые.

По бикарбонатной щелочности, по водородному показателю рН, по сульфатному признаку (по содержанию ионов НСОз в пересчете на ионы SO4) и по всем остальным химическим показателям, кроме агрессивной углекислоты, грунтовые воды будут неагрессивными для всех марок бетона по водонепроницаемости (СНиП 2.03.11-85, табл. 5-6).

По содержанию агрессивной углекислоты вода проявляет среднеагрессивные свойства при марке бетона по водопроницаемости W4 и слабоагрессивные свойства при марке бетона W6.

По содержанию Cl (мг/л) воды будут неагрессивны к арматуре железобетонных конструкций при постоянном погружении и при периодическом их смачивании (СНиП 2.03.11-85, таблица 7). Согласно таблицы 26 СНиП 2.03.11-85 среднеагрессивны на металлические конструкции. Согласно таблицы 28 СНиП 2.03.11-85 среднеагрессивны к углеродистой стали.

Химический состав подземных вод охарактеризован в приложении 14 и 15.

Свойства грунтов

По результатам статистической обработки лабораторных данных, на основании выявленных геологических слоев и требований к однородности свойств грунтов в соответствии с ГОСТ 20522-96, ГОСТ 25100-95, на исследуемой площадке проектируемых тоннелей №№6/6а выделено 8 инженерно-геологических элементов. При этом делювиальные и оползневые глины слоя 2 характеризуются разными свойствами по консистенции, прочности и деформируемости, на основании чего они разделены на два инженерно-геологических элемента ИГЭ-2 и ИГЭ-2а. Деформационные и прочностные характеристики грунтов выделенных ИГЭ определялись лабораторным способом. Для полускальных грунтов наряду со стандартными лабораторными испытаниями определялись их расчётные сдвиговые характеристики при естественной влажности путём построения диаграммы Мора по показателям сжатия и растяжения. Коэффициент крепости по единичным образцам определялся в приборе определения прочности «ПОК». Деформационные и упругие свойства определялись путём расчётов по геосейсмическим параметрам (скоростям распространения продольных и поперечных волн) при вертикальном сейсмопрофилировании.

Класс техногенных грунтов