Расчёты устойчивости оползневых склонов.

Расчёты устойчивости выполнялись в соответствии с требованиями СП 11-105-97 Часть II (п. 4.2). В качестве исходных параметров следует использовать расчетные значения характеристик грунтов, получаемые в соответствии с ГОСТ 20522-96 (пп.6.6-6.12). Они приведены в таблице 6.1 нормативных и расчетных характеристик свойств грунтов.

Количественное определение устойчивости склона в пределах южного портала тоннелей №№ 6/6а выполнено по расчетным инженерно-геологическим профилям 1(1)-1(1) и 12-12. Профили разрезов выбраны по нормали к склону.

Разрез 1(1)-1(1) построен для расчёта устойчивости склонов в районе южных порталов в пределах оползня №339.

Он выполнен на стадии «проект» по методу, предложенному В.Г. Федоровским и С.В. Курило (Метод расчета устойчивости откосов и склонов // Геоэкология, 1997, №6. — С. 95-106). Алгоритм расчета реализован в программе ОТКОС, входящая в состав системы SCAD Office.

При расчётах устойчивости учитывались следующие основные расчетные ситуации при естественном состоянии склона на момент изысканий:

- Расчеты на основное сочетания нагрузок по физико-механическим характеристикам грунтов, принятым на основе лабораторных исследований (расчетная ситуация 1).

- Расчеты на особое сочетание нагрузок (сейсмичность 8 баллов) (расчетная ситуация 2)

Анализ расчёта позволил сделать заключение, что в естественном состоянии древнеоползневой массив является участком, находящемся в устойчивом состоянии. При расчетном сейсмическом событии 8 баллов (Ку 1,208) участок предположительно устойчив. Активизация массива возможна при расчетном сейсмическом событии 9 баллов (Ку 0,767).

Количественное определение устойчивости склона в пределах северного портала тоннелей №№ 6/6а выполнено по расчетным инженерно-геологическим профилям 3а-3а и 17-17. Профили разрезов выбраны по нормали к склону.

По разрезу 3-3 расчет производился по методу Маслова-Берера (СП II-105-97, часть II, п. 4.211).

Результаты расчета по методу Маслова-Берера:

Результаты расчета устойчивости склона приведены в приложении № 16. Разрез для расчета устойчивости склона приведены в графической части настоящего отчета.

Расчет по линии 3а-3а дал следующие показатели коэффициента устойчивости склона:

Без учета сейсмических сил Ку=0,999, с учетом сейсмичности 8 баллов Ку=0,859, с учетом сейсмичности 9 баллов Ку=0.753.

Результаты расчета по методу Федоровский В.Г., Курило С.В.

Расчет по линии 3а-3а дал следующие показатели коэффициента устойчивости склона:

Без учета сейсмических сил Ку=0,997, с учетом сейсмичности 8 баллов Ку=0,616, с учетом сейсмичности 9 баллов Ку=0.443.

Согласно полученным данным расчетов устойчивости можно сделать вывод, что склон в районе северного портала тоннеля №№ 6/6а по линии разреза 3а-3а имеет коэффициент устойчивости, равный 0.999, что говорит о его критическом состоянии и он является неустойчивым, то есть любые незначительные подрезки могут привести к оползневым явлениям.

По разрезам 12-12 и 17-17 расчет устойчивости склона был произведен также в программе SCADOFFICE

В расчетных сечениях участвуют следующие инженерно-геологические элементы: ИГЭ-1, ИГЭ-2, ИГЭ-2а, ИГЭ-3, ИГЭ-4, ИГЭ-5 и ИГЭ-5а. Список грунтов и расчетных значений прочностных характеристик, участвующих в расчетах, приведены в таблице 7.1.1. Прочностные показатели глинистых грунтов соответствуют консолидированному сдвигу после предварительного водонасыщения.

Таблица 7.1.1 Расчетные значения прочностных характеристик по несущей способности при α=0,95

Наименование		Угол внутреннего трения	Удельное сцепление	Удельный вес
Наименование грунта	град	Т/м^2	Т/м^3
ИГЭ-1	Насыпной грунт	-	-	1,94
ИГЭ-2	Глина твёрдая	18	1,9368	1,93
ИГЭ-2а	Глина полутвердая	11	1,427	1,85
ИГЭ-3	Аргиллит смещенный и выветрелый до суглинка	11	11	1,1213
ИГЭ-4	Аргиллит перемятый до глыбового грунта	27	8,8685	2,21
ИГЭ-5	Аргиллит очень низкой прочности (водоупор)			2,35
ИГЭ-5а	Аргиллит очень низкой прочности (водоупор)			2,43

Как показали расчеты по разрезу 12-12 по всему склону, произведенные в программе SCADOFFICE (см. рис. 7.1.1), склон является вполне устойчивым без наличия нагрузок. С наличием нагрузок при 8 и 9 баллах склон неустойчив (см. табл. 2).

Рисунок 7.1.1 Расчетное сечение по разрезу 12-12 (SCADOFFICE)

Как показали расчеты по разрезу 17-17 в средней части склона, произведенные в программе SCADOFFICE (см. рис.7.1.2), склон является устойчивым без наличия и с наличием нагрузки при 8 баллах, но неустойчив при нагрузке 9 баллов (см. табл. 7.1.2).

Рисунок 7.1.2 Расчетное сечение по разрезу 17-17 (SCADOFFICE)

Таблица 7.1.2 - Результаты расчета устойчивости склона

Расчетное сечение	SCADOFFICE(В.Г. Федоровский, С.В. Курило)
Бальность, баллов	Коэффициент устойчивости
Разрез 12-12	нет	1,141
8	0,681
9	0,475
Разрез 17-17	нет	3,167
8	1,234
9	0,601

Геофизические работы

С целью уточнения инженерно-геологических условий строительства тоннелей №№6, 6а в составе инженерно-геологических изысканий были выполнены геофизические работы комплексом скважинных и наземных методов: электроразведка по технологии электротомографии, сейсморазведка методом преломленных волн (МПВ), сейсморазведка методом отраженных волн (МОВ) и комплекс методов каротажа скважин.

Объемы работ представлены в таблице 8.1. Положение профилей и скважин представлено на карте фактов.

Таблица 8.1

Состав и объемы геофизических работ при изучении инженерно-геологических условий строительства по тоннелям 6, 6а

№№ профиля, скважины (методы каротажа)	Вид работ	Объем работ пог.м./ф.н.
1a, 1в, 1c, 5а, 5b, 5с	Сейсморазведка	412/139
1a	Электроразведка	75/37
СКВ.38 СКВ.2,4,14,13 СКВ.2,3,4,6,11,13,17,19,20,38	Каротаж[1]: КС-ПС, ГК, КМ, АК, ТМ, Рзм ТЭК СК	157,5 74/370 153/84

Методика работ

Сейсморазведка

Наземные исследования выполняются методом преломленных волн (МПВ) и методом отраженных волн (МОВ) по методике общей глубинной точки (ОГТ). Скважинные исследования выполняются по методике вертикального сейсмического профилирования (ВСП), которые включают измерения по методике сейсмического каротажа (СК), выполняемые на устьевом пункте возбуждения (ПВ). При наблюдениях МПВ производится сгущение сети ПВ с целью обеспечения необходимого качества материала для построения скоростных разрезов по методике сейсмической томографии.

При производстве наземных наблюдений применяется стандартный комплект сейсморазведочной аппаратуры, включающий телеметрическую станцию ТЕЛСС-1, обеспеченную измерительной линией на 50 каналов (геофонов). Шаг установки геофонов – 2 метра. В качестве источника сейсмических волн применяется кувалда. Запись на всех линиях выполняется по схеме z-z и y-y с возбуждением продольных (P) и поперечных (S) волн соответственно.

Камеральная обработка выполняется по стандартным методикам для построения преломляющих сейсмических границ и скоростных разрезов. Разрезы приведены в графической части отчета.

Интерпретация выполняется на основе сопоставления разрезов с опорными скважинами. При отсутствии скважин на линии сейсмического профиля увязка сейсмических границ и скоростного поля выполняется по линиям пересечения инженерно-геологических и геофизических разрезов.

Скважинные наблюдения по методике вертикального сейсмического профилирования (ВСП) производятся с помощью прижимных 12-ти или 6-ти точечных зондов конструкции OYO-Geospase (г.Уфа) с интервалом между точками приема 1 метр. В качестве источника применяется кувалда массой до 7 –ми килограмм. Используются схемы наблюдений – z-z и y-y. Пункты возбуждения располагаются вдоль двух лучей на удалениях до половины глубины скважины. Количество пунктов на луче не менее 2-х, обычно три. Для регистрации используется линейная сейсмостанция «Лакколит XM24».

Камеральная обработка скважинных наблюдений выполняется при помощи программы RadExPRO (Деко-Геофизика, г. Москва). Основная цель обработки – получение пластовых скоростей сейсмических волн (Vs, Vp) для определения динамических свойств пород. С этой целью наблюденные годографы приводятся к вертикальным в предположении однородности среды. Скорости волн определяются по углам наклона годографов в пределах однородных интервалов разреза. При выделении однородных пластов учитываются результаты инженерно-геологической документации и лабораторных испытаний керна скважин.

Электроразведка

Наблюдения выполняются по технологии сплошных многоэлектродных зондирований (электротомография) с высокой плотностью перекрытия по точкам измерений, что обеспечивает возможность томографического восстановления (2D-инверсии) данных для построения геоэлектрического разреза, отражающего распределение истинных значений удельного электрического сопротивления (УЭС) по линии профиля.

Полевые работы выполняются с применением комплекта специальной одноканальной аппаратуры – измерителя МЭРИ-24, электроразведочных кос, подключаемых к станции через коммутатор СОМх64, и генератора электрического тока АСТРА-100. Измерения проводятся комбинированной (прямая плюс встречная) 3-х электродной установкой Шлюмберже с шагом приемных электродов 3 метра.

Обработка данных электротомографии включает:

§ Подготовку входных файлов для программы “x2ipi”

§ Пересчет измеренного напряжения в кажущееся сопротивление

§ Построение псевдо-разрезов кажущегося сопротивления

§ Ввод рельефа в данные

§ Подготовка файлов для программы инверсии “Res2DInv”

§ Двумерную (2D) инверсию и построение геоэлектрических разрезов

Для инверсии данных электротомографии используется программа «Res2Dinv» (Geotomo, Малайзия). Это программа автоматической двумерной инверсии в рамках «гладких» моделей [Loke and Barker, 1996]. Использование моделей с плавным изменением удельного сопротивления является стандартным способом регуляризации алгоритмов инверсии и позволяет без учета априорной информации получать удовлетворительные результаты, пригодные к прямой интерпретации.

Каротаж

Комплекс каротажных методов решает задачи:

1. Изучение строения разреза, уточнение границ, выделение интервалов трещиноватых пород;

2. Изучение гидрогеологических условий;

3. Диагностика технического состояния скважин.

Первая задача решается базовым комплексом «литологических» методов каротажа, который включает стандартный электрический, радиоактивный и акустический каротаж.

Каротаж для оценки гидрогеологических условий разреза применяется для выделения водоупорных и проницаемых пластов. Работы выполняются методами стандартного электрического каротажа, включающего измерения зондом резистивиметри и термометрии скважин.

Техническое состояние стенок скважин оценивается по результатам кавернометрии. Результаты метода используют для оценки трещиноватости и нарушенности пород и ввода поправок за изменение диаметра скважин при обработке других методов каротажа.

Каротаж производится на оборудовании, изготовленном в Великобритании фирмой Robertson Geologging, в составе: каротажной станции MicroLogger II, лебедки Smart Winch 200 (укомплектованной 200 метровым бронированным четырехжильным кабелем (d=4.8мм)) и комплекта зондов.

Полевые работы включают подготовку и монтаж каротажного оборудования, проведение калибровок зондов, регистрацию параметров в скважине. Ниже приведена краткая информация по методике основных методов каротажа.

1. Электрический каротаж сопротивлений (КС)

Каротаж выполняется системой из двух потенциал-зондов: «короткого» (база 0.41 м k=4.95) и «длинного» (база 1.6 м k=17.6). Системой зондов измеряется удельное электрическое сопротивление (УЭС) «ближней» и «дальней» зоны, что позволяет оценить величину УЭС горной породы за пределами зоны проницания промывочной жидкости. Калибровка зонда выполняется на заводе-изготовителе, полевой контроль – на скважине, при помощи стандартного тестового набора.

2. Электрический каротаж методом самопроизвольной поляризации (собственных потенциалов – ПС)

В основе метода лежат явления диффузионно-адсорбционной, фильтрационной и окислительно-восстановительной активности. Измеряется смещение постоянного тока электрода на зонде относительно возвратного напряжения на поверхности.

3. Одноэлектродный электрический каротаж (ОЭК)

Измеряется величина тока, проходящего по броне кабеля, а так же напряжение на электроде. Величина сопротивления получается путем деления напряжения на ток. Метод аналогичен КС, отличие заключается в том, что когда показания КС – минимальны, ОЭК – максимален, что позволяет хорошо расчленять низкоомный разрез.

Аппаратура электрических методов каротажа с непрерывной записью:

Комплекс выполняется зондом ELTG (electric log, temperature, gamma – электрокаротаж, температурный, гамма регистраторы) с/н 6950. Температурный датчик служит для введения поправки в данные за температуру. Запись производилась на подъеме на скорости 120 м/ч.

4. Резистивиметрия

В основе резистивиметрического каротажа для определения участков водопритока или поглощения лежит зависимость между неравномерной скоростью изменения концентрации солей промывочной жидкости, заполняющей скважину с проницаемыми стенками при фильтрации подземных вод. Концентрация солей в скважине измеряется электрическим способом, основанным на пропорциональности ее величины с величиной электропроводности.

Аппаратура

Резистивиметрические исследования выполняются зондом TCDS (temperature conductivity sonde) с.н. 6874, снабженным для увязки с литологией гамма каналом, и температурным датчиком для приведения к стандартной температуре (25°С). Каротаж выполняется на подъеме на скорости 120 м/ч.

5. Точечный электрический каротаж (ТЭК)

Точечный электрический каротаж (ТЭК) осуществляется в основном в неустойчивых скважинах без обсада. Для выполнения исследований применяется стандартный комплекс электроразведочной аппаратуры для проведения наземной электроразведки и специально изготовленный симметричный зонд AMNB с шагом электродов 0,3 метра. Измерения проводится вручную при подъеме электрического зонда вверх по стволу скважины. Каждый из замеров выполняется при остановке зонда. Для детальных исследований, шаг зондирования принят равным 0.2 метра.

Камеральная обработка полевых данных КС и ТЭК сводится к переводу измеренных значений разности потенциалов в кажущиеся удельные сопротивления исследуемой среды. Пересчет сопротивлений осуществляется по стандартной формуле:

,

где ρ - кажущееся значение УЭС пород (Ом*м); U - измеренная разность потенциалов (мВ); I - сила тока в питающей линии (мА); К - геометрический коэффициент зонда, зависящий от расположения электродов.

По результатам электрического каротажа строятся диаграммы распределения удельных сопротивлений по стволу скважины (графики зависимости УЭС от глубины скважины). Интерпретация диаграмм электрического каротажа основана на информативности (контрастности) геоэлектрических параметров, которые могут быть эффективно привлечены для прогноза водных свойств разреза, оценки проницаемости пород, определения литологических границ, картирования границ зоны выветривания (элювия), изучения характер слоистости и корректировки границ при малом выходе керна.

Для более уверенного разделения тонких пластов и крупных пачек пород строятся две диаграммы: первая по значениям УЭС с шагом измерений – 0,2 метра, вторая - с окном сглаживания 1 метр.

Для визуализации результатов диаграммы экспортируются в программу AutoCAD и выносятся на литологическую колонку.

Акустический каротаж (АК)

Метод основан на регистрации интервального времени пробега волны по породе. АК применяется для определения упругих свойств породы по стволу скважины. Кроме оценки свойств, метод эффективно применяется для обнаружения зон повышенной трещиноватости, а также, при благоприятных условиях, для литологического расчленения разреза. Результаты АК используются при интерпретации материалов наземных и скважинных сейсмических наблюдений, для косвенной оценки физико-механических свойств грунтов, оценки однородности (нарушенности) массива. С этой целью в процессе обработки производится выделение и анализ динамических и кинематических параметров продольных (P) и поперечных (S) волн: амплитуд, интервального времени и коэффициентов затухания.

Аппаратура

Зонд TRSS Full waveform sonic (Triple sonic sonde – тройной акустический зонд), с.н.6970 – состоит из одного источника и 3 пьезоэлектрических керамических приемников (источник1 - приемник – 0.6м, между приемниками 0.2м).

Радиоактивный (гамма) каротаж (ГК).

В основе метода лежит различие горных пород по интенсивности естественного гамма-излучения, в силу содержания в горных породах различных объемов радиоактивных элементов. В терригенных разрезах максимум естественной радиоактивности обычно наблюдается в глинистых породах, минимум в карбонатных и чистых силикатных породах, промежуточные значения в песчаниках смешанного состава. Метод применяется для литологического расчленения разреза и изучения глинистости. Гамма-канал встраивается в различные зонды с целью обеспечения взаимной увязки диаграмм каротажа.

Аппаратура:

Сцинтилляционный счетчик входит в состав зонда TCDS с/н 6874. Запись производилась на подъеме со скоростью 120 м/ч.

Кавернометрия

Метод направлен на измерение диаметра скважины. По отклонениям диаметра определяются интервалы пород различной устойчивости к механическому воздействию и, как следствие, степени трещиноватости. Диаграмма каверномера необходима для определения поправок за диаметр скважины при интерпретации других методов каротажа.

Аппаратура

Зонд 3ACS (3 arm caliper – трехрычаговый каверномер) с.н. 8043. Каротаж выполняется на подъеме при скорости 120 м/ч.

Результаты работ

Наземные геофизические исследования на стадии РД выполнены по профилям, заданным на площадке северного портала (профили 1a, 1b, 1c) и по телу тоннеля (профили 5a, 5b, 5c). На южном портале геофизические профили не задавались, в связи с достаточно высокой плотностью изучения площадки геофизическими работами стадии П. По линии профиля 1а выполнена электротомография и сейсморазведка, по остальным профилям – сейсморазведка.

При бурении скважин под сооружения на площадке южного портала выполнен каротаж скважин №№ 2ю (КС, СК), 3ю(СК), 4ю(КС), 11ю(СК), 6ю(СК). При изучении инженерно-геологических условий по телу тоннеля выполнен каротаж скважин №№13 (СК), 14 (СК, КС), 38 (АК, ГК, КМ, КС-ПС, СК, Рзм, ТМ). На северном портале выполнен каротаж скважин №№ 17(СК), 19(СК), 20(СК).

Ниже приведены результаты по отдельным профилям.

Северный портал

Профиль 1а. По линии профиля выполнена наземная сейсморазведка по методике МПВ и электроразведка по технологии электротомографии. Длина профиля 90 пог.м., опорные скважины на линии профиля – №№14,19. Направление профиля – ортогонально к оси тоннелей, через центр портальной площадки.

В геологическом отношении разрез представлен слоем твердых и полутвердых глин, подстилаемых аргиллитами низкой и очень низкой прочности. Зона выветривания (элювий) аргиллитов картируется по интервалу пониженных скоростей и повышенных электрических сопротивлений в верхней части разреза, ниже границы кровли коренных пород. Визуально, по керну скважин, элювий отчетливо не выделен.

В геоэлектрическом разрезе слой глин и верхняя часть выветрелых аргиллитов образуют единый геоэлектрический слой переменной мощности с плавным изменением УЭС от 30 до 12 Ом*м на глубине 3-5 метров. До 3-х метров грунты более разнородные, в них встречаются локальные пятна с повышением величины УЭС до 90 Ом*м, которые, по опыту более ранних работ, обычно представлены плотными суглинками. В точках бурения скважин суглинки не установлены. По достижении некоторой границы в верхней части толщи аргиллитов поле практически не меняется. Значения УЭС ниже этой границы лежат в диапазоне 9-12 Ом*м, глубина этой геоэлектрической границы изменяется по разрезу от 3 до 5.3 метра, уменьшаясь на одном локальном интервале до 2 метров. Нарушений однородности разреза ниже этой границы не выявлено. Глубина построения геоэлектрического разреза составила 14 метров.

Геосейсмический разрез соответствует двухслойной среде. Границы для продольных и поперечных волн совпадают и соответствуют подошве глин. Аргиллиты служат хорошим водоупором, поэтому расхождение границ отсутствует и граница УГВ, определяемая по P-волне, совпадает с кровлей аргиллитов, определяемой по S-волне. В скоростном поле разрез также является относительно однородным. Изолиния зоны пониженных скоростей (менее 400 м/с), отвечающая ослабленной зоне в кровле аргиллитов лежит на 1-2 метра ниже кровли аргиллитов, установленной бурением.

В сравнении профилей 1а и 1b, сейсмический скоростной разрез по профилю 1а отличается повышенными значениями скоростей сейсмических волн. Коэффициент анизотропии по поперечным волнам составил 1.2, по продольным волнам 1.05. Это объясняется положением профиля относительно простирания (падения) пород. В пределах изученной площадки, по данным бурения, установлено падение по склону (вдоль профиля 1а от ПК0 к ПК94).

Профиль 1b. На профиле выполнена сейсморазведка для уточнения разреза по линии подпорной стены на портале тоннеля №6. Преломляющие границы отвечают кровле аргиллитов. В скоростном поле значительных аномалий не выявлено. До глубины 10-11 м скорости волн соответствуют сильно нарушенным, очень низкой прочности породам (Vs<500 м/с) в водонасыщенном состоянии (Vs/Vp<0.25)

На разрезе Vs/Vp отмечается область несколько пониженных значений (<0.2) с нечеткими границами и погружением в сторону ПК0 профиля, что вероятно обусловлено конфигурацией области фильтрации грунтовых вод, в пределах которой фиксируется уменьшение Vs/Vp до значений, характерных для водонасыщенных пород.

Профиль 1с. На профиле выполнена сейсморазведка для уточнения разреза по линии подпорной стены на портале тоннеля №6. Поле скоростей продольных и поперечных волн на интервале ПК12-ПК36 сейсмического профиля меняется в продольном направлении, образую нечеткие блоки. Такая картина является обычной для верхней части толщи коренных пород в зоне неравномерного выветривания аргиллитов. Понижение значений скоростей поперечных волн достигает значений Vs<500 м/с при величине отношений Vs/Vp<0/25, что обычно связано с повышением влагосодержания в пределах блоков более трещиноватых и выветрелых аргиллитов.

Тело тоннеля.

Профиль 5b выполнен вдоль оси тоннеля №6 на интервале ПК127+10-ПК128+8 по системе МОВ ОГТ. По результатам обработки на профиле картируется отражающая граница на глубине ~10-12 м, соответствующая кровле коренных пород (рис.8.1). На уровне тоннеля сейсмическое поле соответствует однородному массиву (по данным бурения: “аргиллиты серого цвета низкой прочности параллельнослоистые”). Картина поля типична для слоистого массива без явных нарушений.

 

Рис.8.1. Глубинный сейсмический разрез по профилю 5b

Профиль 5с выполнен в крест оси тоннеля №6 и на интервале 3-18 м от ПК0 профиля, пересекает тоннель на ПК139+36.5. На профиле картируется отражающий горизонт на глубине 2.5-3 м от земной поверхности, соответствует кровле коренных пород (рис.8.2). На уровне проектируемого тоннеля отмечается отражающий горизонт с изменением видимого угла наклона границы. По сейсмическим данным здесь происходит достаточно отчетливый переход к более прочным породам. По данным бурения - это граница между аргиллитами низкой прочности и аргиллитами средней прочности.

Рис.8.2. Глубинный разрез по профилю 5с

Визуально отчетливые сейсмические отражающие границы, отвечающие нормальной слоистой структуре разреза, отмечаются на профиле 5с, как и на других разрезах. Эти границы не выносятся на итоговые инженерно-геологические разрезы, поскольку они не связаны с изменением литологии или физико-механических свойств пород, а относятся к слабым отражающим границам, формирующимся на плоскостях напластования и межпластовой трещиноватости. Визуально на волновой картине подобные границы могут проявляться довольно отчетливо, поскольку при отображении разреза применяется нормировка (искусственное выравнивание) амплитуд, что необходимо для обеспечения нормальной «читаемости» сейсмического разреза.

Профиль 5а выполнен ортогонально осям тоннелей 6 и 6а. На интервале 16-29 м профиль пересекает тоннель №6а (ПК130+24), на интервале 48-61 м – тоннель №6 (ПК130+38). Первый отражающий горизонт картируется на глубине 6-8 метров. Он соответствует кровле коренных пород. Отражающий горизонт на глубине 16-18 м, секущий тоннель №6а соответствует границе между “аргиллитами пониженной прочности с редкими прослоями песчаника до 1-2 мм. Параллельнослоистыми 75-80° к о.к., серого цвета” и “ариллитами серого цвета параллельнослоистыми с прослоями песчаника мелкозернистого (до 1-2%) мощностью до 3 мм (часто в виде линз до 2 см). Слоистость 80° к о.к., аргиллит не трещиноватый. Керн хрупкий”. Для отражающего горизонта на глубине 27-28 м установлена корреляция с кровлей “аргиллитов серого цвета с редкими тонкими прослоями песчаника мелкозернистого серого цвета. Слоистость 75-80° к оси керна”.

На интервале 14-26 метр и глубине 28-41 метр профиля выделяются дифрагированные и дуплекс волны (рис.8.3), которые соответствуют сечению железнодорожного тоннеля №5.

Рис.8.3. Глубинный разрез по профилю 5а

В волновом поле, ниже отражающей границы прослеженной на отметках 20-30 метров, проявлены элементы блокового строения толщи (рис.8.3). Так, на ПК28 профиля хорошо заметное нарушение корреляции сейсмического сигнала границы на глубине от 18 до 40 метров со смещением осей фаз на 1-3 метра по вертикали. Заметного изменения кинематических и динамических характеристик в разных блоках не установлено, что косвенно говорит об относительной однородности свойств пород в пределах изученного разреза.

Результаты каротажа скважин.

Скважина 38. По результатам каротажа расширенным комплексом методов выполнена корректировка литологических колонок и определена средняя величина опорных геофизических параметров в пределах каждого выделенного слоя (таблица 8.2).

Таблица 8.2.

Геофизические свойства основных групп пород в естественном залегании по данным каротажа скважины №38.

Естественная радиоактивность (J, мкР/ч)	Скорость акустическая (Vp, м/с)	Удельное электрическое сопротивление (R, Ом*м)	Интервал исследования, м	Характеристика пород
10-13	2400-2700	10.0-15.0	6.0-21.0	аргиллит серый, низкой прочности, наблюдаются трещины усадки
9-14	2700-3000	10.00	22.2-27.2	аргиллит средней прочности, с прослойками мягкого
11-16	2950-3100	10.0-11.0	28.9-34.5	аргиллит серый, низкой прочности (в интервале 31.5-32 - трещина)
9,5-14	3000-3500	10.00	34.5-44	аргиллит серый, низкой прочности. Изменился угол падения.

В интервалах 21-22,2 м и 26,2-28,9 м отмечены зоны резкого изменения скоростей продольных волн (колебания в пределах 2300-3250 м/с) – возможны зоны трещиноватости, либо частого переслаивания аргиллитов разной степени нарушенности и прочности или литологические разности, отличающиеся по содержанию песчано-алевролитовой фракции.

В интервале 31,5 – 32 м отмечен пик с повышением гамма-активности – в керне зафиксирована вертикальная трещина.

Скважины 2, 4. По результатам точечного электрического каротажа этих скважин получены распределения величины УЭС по участку проектирования портала. Распределение сопротивлений по исследуемому участку лежат в узком диапазоне значений УЭС (9–16 Ом*м). Максимальные значения УЭС были зафиксированы в скважине №2 (22 Ом*м). В скважине №4 так же зафиксированы повышения УЭС до 17 Ом*м. По результатам совместной интерпретации скважин №2 и №4 выделяется зона изменения электрических свойств в коренных породах. На рис. 8.4 видно, что выделенная зона хорошо прослеживается по пикам увеличения УЭС. По данным бурения в этом интервале зафиксированы породы, представленные аргиллитами, выветрелыми до состояния суглинка.

Рис. 8.4. Корреляция зоны ослабленных пород по результатам ТЭК

Скважины 13, 14. В скважинах выполнен точечный электрокаротаж, по диаграммам которого в разрезе уверенно выделяется два геоэлектрических слоя с сопротивлением 10 и 13-15 Ом*м. Мощность переходной зоны составляет 2–2.5 метра. Повышенными сопротивлениями отличается верхняя часть разреза до глубины 7-8 метров, выход в нормальные, для аргиллитов, сопротивления картируется на глубине 9-11 метров.

Диаграммы каротажа вынесены на колонки и представлены в графической части отчета.

Результаты сейсмического каротажа

Сейсмический каротаж выполнялся по методике наблюдений вертикального сейсмического профилирования (ВСП). Запись сейсмограмм при этом выполняется не только от пункта возбуждения (ПВ) на устье скважины, но и при использовании ПВ на нескольких лучах и различных удалениях, что позволяет получить более полные данные о скоростях волн для массива пород на среднем удалении до половины глубины скважины.

Результаты обработки данных ВСП представлены в графической части отчета. Основной итог обработки ВСП – прочностные и деформационные характеристики пород в массиве. Результат расчета представлен в текстовом приложении «Прочностные и деформационные свойства грунтов, определенные по данным вертикального сейсмического профилирования».

В целом по материалам ВСП уверенно картируются ИГЭ №№2; 3; 4; 5 и 5а. Для ИГЭ 5а выполнено разделение на два состояния:

- Грунты в неводонасыщенном состоянии, с явно выраженной слоистостью

- Грунты в неводонасыщенном состоянии, массивные.

Для ИГЭ 2 выполнено разделение на два состояния:

- Грунты в неводонасыщенном состоянии

- Грунты в водонасыщенном состоянии.

Разделение по водонасыщению выполнено на основании анализа отношения Vs/Vp и скоростей продольных и поперечных волн, для водонасыщенного состояния грунтов характерны пониженные значения отношения Vs/Vp (<0.27), за счет незакономерно повышенных значений скоростей продольных волн и незначительном изменении скоростей поперечных волн.

Разделение на «слоистые – массивные», выполнено на основании анализа коэффициента Пуассона и скоростей продольных и поперечных волн. Коэффициент Пуассона характеризует общее состояние грунтов, а в связи с тем, что сейсмическая волна при распространении захватывает относительно большой объем грунтов (длина волны 6-10 м), на коэффициент Пуассона влияют общая трещиноватость и слоистость пород. Для массивных полускальных пород на данном тоннеле характерны значения коэффициента Пуассона менее 0.38, при этом отмечается незначительный рост скоростей распространения продольных волн и «быстрый» (скачкообразный) рост скоростей распространения поперечных волн (от 600-700 м/с до 800-1300 м/с). Для пород с относительно низкими прочностными связями между слоями (расслаиваются по напластованию) коэффициент Пуассона варьирует в интервале 0.42-0,46, при скоростях поперечной волны не более 800 м/с.

Заключение по результатам геофизических работ

По данным сейсморазведки установлено изменение глубины залегания кровли аргиллитов по линиям геофизических профилей на участках порталов и основные литологические границы по линиям профилей, отработанных по телу тоннеля.

Аномалий и незакономерного изменения скоростей вдоль преломляющих границ на участках порталов не выявлено.

Заметное изменение мощности зоны малых скоростей в кровле аргиллитов установлено по линии профиля 1с (профиль вдоль подпорной стены на припортальной площадке тоннеля №6).

Нарушение нормальной слоистой структуры глубинной части разреза отмечается по линии профиля МОВ ОГТ №5а. Здесь установлены микронарушения, которые проявляются в незначительном, до 1–3-х метров, смещении осей синфазности сейсмических границ. Значительного изменения кинематических и динамических характеристик волнового поля при этом не происходит. Наблюдаемая картина интерпретируется как нормальное проявление блокового строения массива коренных пород.

По данным сейсмического каротажа выполнена оценка динамических и статических модулей для массива. Результаты приведены в сводной таблице, в графической части отчета.

На основании анализа коэффициента Пуассона и скоростей продольных и поперечных волн по данным сейсмического каротажа установлены оценочные критерии для выделения «слоистых» и «массивных» аргиллитов. Для массивных полускальных пород в пределах зоны проектирования тоннеля №6, 6а характерны значения коэффициента Пуассона менее 0.38, при незначительном росте скоростей распространения продольных волн и скачкообразном росте скоростей распространения поперечных волн (от 600-700 м/с до 800-1300 м/с). Для пород с относительно низкими прочностными связями между слоями (расслаиваются по напластованию) коэффициент Пуассона варьирует в интервале 0.42-0,46, при скоростях поперечной волны не более 800 м/с.

По данным электрического каротажа прослежена зона глубоко выветрелых (местами до суглинков) пород между скважинами 2-4 на южном портале и установлена мощность изменённых пород в кровле тоннеля между скважинами 13,14. Кровля относительно сохранных пород на этом участке картируется на глубине 9-11 метров.

Оценка коррозионной агрессивности грунта по отношению к углеродистой и низколегированной стали (ГОСТ 9.602-2005, таблица1) выполнена по преобладающим значениям удельных электрических сопротивлений (УЭС) грунтов до глубины 2 метра. Значения УЭС составили 15-22 Ом*м, а