Обоснование критериев и оценка экологической безопасности при эксплуатации объектов метрополитена

Введение. В современном мире, где темпы урбанизации неуклонно растут, экологическая безопасность выступает в качестве критического аспекта городского планирования и управления. Эксплуатация метрополитенов, будучи важной частью городской инфраструктуры, вносит свой вклад в мобильность населения, но также может стать источником значительных экологических проблем. Данная тема исследована в трудах таких ученых, как Е.Ю. Куликова, Д.С. Конюхов, Е.В. Потапова, С.В. Баловцев, Д.Ю. Чунюк и др. Однако в их работах практически не учитывается тот факт, что одной из основных угроз экологической безопасности является ухудшение состояния тоннельной обделки под воздействием гидрогеологических процессов, которые не только усиливают риск аварийных ситуаций, но и повышают вероятность негативного воздействия на подземные воды и окружающую среду в целом. Поэтому исследование характера развития дефектов в тоннельных обделках и их динамики представляет научно-практический интерес и является целью данной работы. Для реализации поставленной цели необходимо проанализировать связи между состоянием тоннельной обделки и экологической безопасностью, основываясь на данных о дефектах конструкций тоннелей метрополитена и их влиянии на окружающую среду.
Материалы и методы. Материалами для данного исследования послужили дефектные участки обделки перегонных тоннелей некоторых линий Московского метрополитена. Проведены натурные исследования состояния обделки и геодезическая съемка туннеля, которые продемонстрировали значительные изменения показателей, по сравнению с нормативными, в результате взаимодействия техногенной среды с окружающей природой. При проведении исследования использованы также методы сейсмоакустического обследования обделки тоннеля с помощью ударного возбуждения.
Результаты исследования. Получены данные о зависимости развития дефектов от изменения уровня грунтовых вод. Дефекты тоннельной обделки способствуют утечке химически активных веществ в грунт и подземные воды, что угрожает биоразнообразию и снижает качество воды, используемой населением.
Обсуждение и заключение. Проведенные натурные изыскания показали, что дефекты тоннельной обделки, такие как трещины, выщелачивание бетона и нарушение гидроизоляции, оказывают прямое влияние на экологическую безопасность. Таким образом, поддержание целостности тоннельной обделки является ключевым элементом обеспечения экологической безопасности в городских условиях. Результаты проведенных исследований будут служить фундаментом для разработки комплексных предложений по улучшению методов мониторинга и обеспечения структурной целостности тоннельных конструкций

1. Куликова Е.Ю., Баловцев С.В., Скопинцева О.В. Комплексная оценка геотехнических рисков в шахтном и подземном строительстве. Устойчивое развитие горных территорий. 2023;15(1):7–16. http://doi.org/10.21177/1998-4502-2023-15-1-7-16

2. Куликова Е.Ю. Управление безопасностью и риском в подземном строительстве как сложный информационный процесс. Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2021;2(1):134–143. http://doi.org/10.25018/0236-1493-2021-21-0-134-143

3. Xi-Cun He, Ye-Shuang Xu, Shui-Long Shen, An-Nan Zhou. Geological Environment Problems during Metro Shield Tunnelling in Shenzhen, China. Arabian Journal of Geosciences. 2020;13(2):87. http://doi.org/10.1007/s12517-020-5071-z

4. Ye-Shuang Xu, Jack Shuilong Shen, An-Nan Zhou, Arul Arulrajah. Geological and Hydrogeological Environment with Geohazards during Underground Construction in Hangzhou: A Review. Arabian Journal of Geosciences. 2018;11:544. http://doi.org/10.1007/s12517-018-3894-7

5. Xing-Tao Lin, Ren-Peng Chen, Huai-Na Wu, Hong-Zhan Cheng. Deformation Behaviors of Existing Tunnels Caused by Shield Tunneling Undercrossing with Oblique Angle. Tunneling and Underground Space Technology. 2019;89:78–90. http://doi.org/10.1016/j.tust.2019.03.021

6. Merisalu J, Sundell J, Rosén L. Probabilistic Cost-Benefit Analysis for Mitigating Hydrogeological Risks in Underground Construction. Tunnelling and Underground Space Technology. 2023;131:104815. http://doi.org/10.1016/j.tust.2022.104815

7. Конюхов Д.С. Критериальный анализ современных технологий подземного строительства. Геотехника. 2021;1:40–55.

8. Konyukhov DS. Analysis of Mechanized Tunneling Parameters to Determine the Overcutting Characteristics. Mining Science and Technology (Russia). 2022;7(1):49–56 http://doi.org/10.17073/2500-0632-2022-1-49-56

9. Lebedev MO. Choosing a Calculation Method for Stress-Strain of Supports and Lining of Transport Tunnels. In: 16th World Conference of the Associated Research Centers for the Urban Underground Space (ACUUS 2018). Hong Kong; 2018, P. 678–687.

10. Гарбер В.А. Нештатные ситуации в подземных транспортных сооружениях. Подземные горизонты. 2018;16:20–25.

11. Куликова Е.Ю. Методические основы повышения эколого-технологической надежности городских подземных сооружений. Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2020;6(1):176–185. http://doi.org/10.25018/0236-1493-2020-61-0-176-185

12. Kulikova EYu, Balovtsev SV. Risk Control System for the Construction of Urban Underground Structures. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020;962(4):042020. http://doi.org/10.1088/1757-899X/962/4/042020

13. Потапова Е.В. Типология сооружений метрополитена для задач классификации геотехнических рисков. Горные науки и технологии. 2021;6(1):52–60. http://doi.org/10.17073/2500-0632-2021-1-52-60

14. Kuepferle J, Röttger A, Theisen W, Alber M. Wear Prediction for Soft-Ground Tunneling Tools — A New Approach Regarding the Dominant Influencing Factors in the Tribological System of Tunneling Tools. In: Proceeding of the World Tunnel Congress 2017 — Surface challenges — Underground solutions. Bergen, Norway; 2017