Геннадий Блинов - Покорители земных недр
О геологии и геологоразведке нам предстоит говорить более подробно, поэтому давайте пока отвлечемся от них и посмотрим на другие ветви бурового дерева.
Вот, например, строительная ветвь. Любое крупное строительство, любое сооружение, будь то высотное здание, дамба, канал, тоннель, мост, гранитная набережная, аэропорт, железная дорога… (далее может следовать перечень на несколько страниц), начинается не с проекта. Нет. Оно начинается с исследовательского бурения, с буровых скважин, которые выясняют все инженерно-геологические условия в заданном районе: физические свойства грунтов и коренных горных пород, их крепость и устойчивость, баланс подземных вод, наличие каверн в породах и многое другое. Десятки, сотни скважин… Только они могут дать однозначный ответ на главный вопрос — быть сооружению или не быть, а если быть, то где именно и каким. По их результатам устанавливают допустимые параметры сооружения. Лишь после этого можно приступать к проектированию. В противном случае любой самый грандиозный проект может оказаться радужным мыльным пузырем, а скажем, высотное здание может уподобиться падающей башне в итальянском городе Пиза.
Кстати, до сих пор эта башня (точнее, колокольня) продолжает «падать». Ежегодно она накреняется еще на 8 угловых минут, и уже возникла реальная угроза разрушения этого уникального памятника архитектуры (начало строительства ее относится к 1174 г.). По одному из проектов спасение башни будет осуществляться также с помощью бурения. Спустя восемь веков предполагается выполнить тот обязательный комплекс работ, который не был сделан перед началом строительства (как говорится, «лучше поздно, чем никогда»). Правда, сейчас перед бурением стоят уже не исследовательские, а аварийно-спасательные задачи. По проекту намечено пробурить систему дренажных скважин (рис. 7). После откачка воды понизится давление в порах подстилающего глинистого пласта. По расчетам колокольня хоть и не выровняется, но угол наклона стабилизируется.
Далее, прокладывание всевозможных трасс: автомобильных, железнодорожных, нефтеперегонных. Здесь тоже всегда и везде впереди идут буровики. Идут на мобильной самоходной технике: автомобилях, вездеходах, тракторах. Идут небольшими так называемыми «летучими» отрядами. Они намечают будущие трассы своеобразными и не совсем обычными вехами — вехами, направленными не только вверх, но и (что гораздо важнее) вниз (рис. 8). Они отыскивают профили надежности и прокладывают «дорогу»… строителям дорог. Кстати, буровики-дорожники на каждом отрезке отбуривают в заданном направлении не один, а два-три различных профиля, а потом уже специалисты (при проектировании) выберут наилучший из них.
Аналогичные работы ведутся и при строительстве магистральных газопроводов; например, при прокладке газопровода Уренгой — Помары — Ужгород («Восток— Запад») протяженностью 4451 км. Стройка, которую называют «проектом века», на своем пути из Западной Сибири пересекает два горных хребта и 561 реку. На протяжении 121 км газопровод следует по вечной мерзлоте, более 1000 км — по болотам и топям. Чтобы достичь Западной Европы, он пересекает пять часовых поясов. Стройка велась в сложнейших условиях на огромной территории Тюменской области (размером с Испанию, Францию и Италию вместе взятые). С Уренгойского газового месторождения начинается трасса.
Рис. 7. Вариант «спасения» Пизанской башни.
Рис. 8. «Провешивание» скважинами железнодорожной трассы или шоссе.
Этот трансконтинентальный газопровод — только часть создаваемого комплекса: в СССР сооружается шесть ниток газопроводов протяженностью от трех до четырех тысяч километров. Темпы строительства газопроводов, а они самые высокие в мире, обеспечиваются самой современной технологией, уникальной техникой и… заблаговременной и тщательной инженерно-геологической подготовкой трассы, которая проходит по болотным топям, горным кручам, по дну рек (например, по дну Волги на глубине 16 м).
А строительство плотин — красивейших и ответственнейших из творений рук человеческих, строящихся на века, меняющих лик Земли — ее климат и географию. Сколько инженерных и технических знаний вкладывается в их сооружение! В то же время имеется и печальная статистика: за последние 50 лет в странах Западной Европы и Америки было прорвано более тысячи плотин. 3 декабря 1959 г. во Франции в результате прорыва одной такой плотины, подпиравшей водохранилище объемом более 50 млн. м3 воды, практически был уничтожен город Фрежюс.
В Советском Союзе не было ни одной подобной катастрофы с плотинами благодаря тому, что советские строители, прежде чем строить такие ответственные сооружения, проводят тщательные и в большом объеме инженерно-геологические изыскания с отбором из скважин образцов грунта и горных пород. Эти образцы детально изучаются и подвергаются всесторонним нагрузочным испытаниям; межскважинное пространство исследуется радиоактивными, акустическими и другими методами.
Тоннели. Сложнейшие горно-технические сооружения. Наиболее известные из них: 20-километровый горный Симплонский тоннель между Швейцарией и Италией — самое длинное из существующих сооружений такого рода, проложенных на суше; тоннель Сейкан протяженностью 53,8 км — самый длинный в мире, он соединяет японские острова Хонсю и Хоккайдо, только подводная его часть (23,3 км) уже превосходит по длине Симплон.
Важность при строительстве тоннелей тщательной инженерно-геологической подготовки, базирующейся на данных бурения скважин, подтверждают следующие примеры.
Строительство тоннеля Сейкан было начато с проходки вспомогательной выработки, сечение которой составляло четверть главного. Вспомогательный тоннель помог сократить время сооружения главного. Строительство велось стандартным способом крепления штрека стальными арками (на их изготовление ушло 16 800 тонн металла) с последующим бетонированием стенок. Объем земляных работ составил 6,3 млн. м3, было израсходовано 1,5 млн. м3 бетона.
В процессе работ приходилось предугадывать геологическое строение толщ горных пород и степень их водопроницаемости, а также предупреждать обвалы. Единственным способом получения точных данных о лежащей впереди породе на участке морского дна являлось бурение горизонтальных опережающих проходку тоннеля скважин. Такие скважины требуют гораздо большего умения, чем вертикальные, поскольку под действием веса бурового снаряда ствол скважины искривляется и, если породы мягкие и неустойчивые, то стенки скважины могут обвалиться.
Когда была начата первая пробная выработка, удавалось пробуривать скважины длиной максимум 300 м. В дальнейшем этот показатель был увеличен до 2150 м. Такой результат представлял собой большое достижение, поскольку позволял заранее знать строение пород, которые строителям предстояло проходить через два (!) года.
Мягкие или трещиноватые породы надо было укреплять перед началом проходки тоннеля. Технология укрепления заключалась в цементации трещин. Для этого бурилось множество неглубоких скважин-отверстий, куда под большим давлением закачивался быстротвердеющий раствор, проникавший в трещины и пустоты. В результате получалась прочная бетонная оболочка, предохранявшая от обвалов во время проходки тоннеля. И все же невозможность в ряде случаев закачать достаточное количество вяжущего раствора привела к четырем крупным обвалам.
Во время самого большого из них, происшедшего в 1976 г., вода поступала из геологического разлома в горных породах во вспомогательный тоннель со скоростью 70 м3 в минуту. Все, что смогли сделать строители, — это заблокировать аварийный участок тоннеля и ждать, пока ситуация стабилизируется сама. Такое решение оправдалось: инженерам помогло горное давление (между тоннелем и дном моря было 100 м породы), сжавшее стенки разлома и трещины, через которые проникала вода.
Если первоначально стройку тоннеля Сейкан предполагалось осуществить за 10 лет, то из-за различных геологических неожиданностей времени потребовалось вдвое больше, а стоимость тоннеля более чем утроилась. Этот крупнейший проект японские инженеры и рабочие завершили в апреле 1985 г.
Другой пример.
На трассе Байкало-Амурской магистрали строителям предстояло пробить на участке в районе Байкала подземные коридоры общей протяженностью около 30 км — тоннели Байкальский (6700 м), Северомуйский (15 300 м), Кодарский (1940 м), Нагорный (1200 м) и другие (5400 м). Сложность заключалась в том, что надо было пройти вечную мерзлоту, горячие и ледяные подземные реки, твердейшие граниты и предательские сыпучие разломы. Все это усугублялось повышенной сейсмичностью зоны; например, при землетрясении в 1957 г. Северомуйский хребет сместился на 1,5 м. В таких условиях тоннели не сооружались нигде в мире.
