Опыт применения системы лучевого дренажа в условиях обводненных неустойчивых горных массивов

В современных условиях повышения экономической эффективности бизнес-проектов многие горнодобывающие компании сталкиваются с проблемой практической реализации проектных решений в условиях обводненных неустойчивых горных массивов. На протяжении двух десятилетий компания ООО «Белспецмонтаж» обосновывает инженерные предложения, подготавливает проектно-сметную документацию и осуществляет строительство высокоэффективных систем водопонижения для стесненных условий промышленных площадок горных производств и городской застройки. Специалисты компании всегда готовы оперативно предложить решение любой проблемы: в сфере защиты зданий и сооружений от подземных вод, организации сложных систем водоснабжения на основе подрусловых водозаборов, закрепления грунтов основания, создания перехватывающих загрязненные стоки инженерных систем, бестраншейной прокладке коммуникаций под охраняемыми объектами (здания, транспортные магистрали, водные объекты), а также многое другое.

Текст: генеральный директор ООО «Белспецмонтаж» И. Н. Федоренко

Основным направлением деятельности компании ООО «Белспецмонтаж» является строительство систем осушения на основе лучевых дренажей, которые могут использоваться как для строительного (временного), так и для постоянного водопонижения строительных котлованов, подтопленных промышленных площадок, бортов карьеров, перехвата фильтрующихся загрязненных вод хвостохранилищ и площадей складирования отходов.

Применимость лучевых дренажей закреплена в строительных правилах: СП 103.13330.2012 «Защита горных выработок от подземных и поверхностных вод», СП 104.13330.2011 «Инженерная защита территорий от затопления и подтопления», СП 116.13330.2012 «Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов. Основные положения», СП 250.1325800.2016 «Здания и сооружения. Защита от подземных вод».

Для решения сложных задач, связанных с оптимизацией расположения элементов лучевых дренажей, снижением затрат на строительство и эксплуатацию предлагаемых инженерных решений, специалистами компании активно используется компьютерное моделирование фильтрационных процессов и сравнительно-экономическая оценка возможных альтернативных вариантов. Моделирование осуществляется с использованием программного комплекса ModflowGMS (Groundwater modeling system), предназначенного для решения пространственных задач фильтрации.

Лучевые дренажи состоят из центрального водосборного колодца и отходящей от него системы горизонтальных (лучевых) скважин. Водосборный колодец сооружается опускным способом и состоит из сборных железобетонных колец диаметром 4,0 метра, глубина колодца определяется конкретными задачами и может достигать 25 метров. Многолетний опыт компании позволяет осуществлять строительство колодцев в самых сложных горно-геологических и климатических условиях: в стартовых и приемных котлованах строящегося метрополитена, на бермах уступов борта карьера и грунтовых плотинах хвостохранилищ, в пределах береговых зон водных акваторий, в стесненных условиях городской застройки, зонах высокой насыщенности инженерных сетей и коммуникаций. Горизонтальные (лучевые) скважины устраиваются из водосборного колодца буровым способом специализированной буровой установкой, позволяющей обеспечивать безопасное вскрытие высоконапорных водоносных горизонтов и предотвращать неконтролируемые выносы грунта. Длина подобных скважин может достигать 100 и более метров, в отдельных случаях компанией реализованы специальные телескопические конструкции (использованы различные диаметры бурения) горизонтальных скважин длиной до 200 метров. Скважины оборудуются фильтрами на весь интервал бурения, что гарантирует отсутствие суффозионного выноса грунта из дренируемого горизонта и, как следствие, позволяет полностью избежать осадок фундаментов зданий и сооружений вследствие работы дренажной системы. Горизонтальные (лучевые) скважины, в зависимости от гидрогеологических условий и геологического строения, могут располагаться в один, два и более ярусов в одном водосборном колодце. Технологически регулируемая плотность размещения скважин под осушаемой территорией позволяет достигать высокой эффективности водопонижения даже при низких фильтрационных свойствах осушаемых грунтов, в том числе с коэффициентом фильтрации 0,1-0,5 м/сут (суглинки, глинистые пески, техногенные грунты и т. д.). В настоящее время горизонтальные скважины успешно используются как самостоятельный элемент дренажа при осушении бортов карьеров, строительных котлованов и в гидротехническом строительстве.

За последние годы компания ООО «Белспецмонтаж» приняла участие в реализации ряда социально значимых строительных проектов, обеспечив защиту от подземных вод строительного процесса при сооружении Калининско-Солнцевской линии метрополитена от станции «Раменки» до станции «Рассказовка» (г. Москва); станций Московская, Декабристов, Козья Слобода (г. Казань). Также наиболее крупные проекты выполнены на объектах ПАО «ГМК Норильский Никель», ПАО «НЛМК», АО «АГД ДАЙМОНДС», ОАО «РусГидро», МУП «Казметрострой» и БФ АО «Апатит».

Среди перечисленных выше проектов особо следует остановиться на предприятии ПАО «НЛМК» – АО «Стойленский ГОК», на котором в 2020 году компанией ООО «Белспецмонтаж» успешно осуществлено строительство дренажной системы железнодорожной станции «Новая» с транспортными примыканиями, расположенной на берме уступа борта действующего карьера.

АО «Стойленский ГОК» имеет развитую сеть железнодорожных путей, станций и постов, обеспечивающих вывоз горной массы из карьера. В соответствии с действующим проектом для обеспечения приема и отправления груженых и порожних составов скальной горной массы железнодорожным транспортом предусмотрено строительство станции «Новая» на юго-восточном борту карьера (абс. отм. +93 м). Длина станции с учетом транспортных примыканий составляет порядка 2000 м. Основание станции представлено обводненными песчано-глинистыми грунтами, наличие подземных вод в которых создает риски снижения нормативной устойчивости как основания самой станции, так и уступа борта карьера. На основании технико-экономического анализа возможных вариантов защиты от подземных вод основания железнодорожной станции компанией ООО НТЦ «НОВОТЭК» (г. Белгород) выполнен проект постоянной системы осушения на основе лучевого дренажа. Данное проектное решение по применению системы лучевого дренажа рассмотрено экспертами ФАУ «Главгосэкспертиза России» (г. Москва) с получением положительного заключения.

Для реализации принятой системы осушения и водоотведения компанией ООО «Белспецмонтаж» выполнено строительство следующих новых объектов:

- водоприемных колодцев глубиной от 10,0 до 12,7 м – 17 шт.;

- водоперепускных колодцев глубиной от 10,0 до 12,1 м – 13 шт.;

- горизонтальных (лучевых) дренажных скважин длиной до 110,0 м – 70 шт. (6700,0 п. м.);

- перепускных скважин длиной по 48,0 м – 20 шт. (1100,0 п. м.), сооружаемых между колодцами для транспортирования воды;

- водосбросных скважин длиной до 108,0 м – 8 шт. (730,0 п. м.), сооружаемых из горных выработок подземного дренажного комплекса и/или из водоприемных колодцев лучевого дренажа, соединяющих поверхностную дренажную систему с существующими горными выработками подземного дренажного комплекса.

Принципиальная схема построенной системы осушения железнодорожной станции «Новая» на основе лучевого дренажа показана на рисунке 1.

Следует отметить, что впервые в практике применения лучевого дренажа в действующем карьере создана столь протяженная дренажная система (порядка 2000 м), при этом грамотно сформированная логистическая цепочка доставки материалов на берму карьера, параллельное ведение горно-строительных и буровых работ позволили осуществить строительный процесс в установленные заказчиком сжатые сроки. Кроме того, ведение строительных работ на локализованных площадках размерами 15×20 м позволило параллельно выполнить строительно-монтажные работы на территории железнодорожной станции и другим подрядным организациям (монтаж железнодорожного полотна, сети электроснабжения и связи).

Основная цель достигнута – обеспечена безопасная эксплуатация основания железнодорожной станции «Новая» в карьере АО «Стойленский ГОК», объект успешно включен в технологический цикл предприятия и ПАО «НЛМК».

Уважаемый Владимир Сергеевич!

Примите самые сердечные поздравления с юбилеем!

ПАО «НЛМК» известен как один их самых эффективных холдингов отрасли. Его позиции на рынке, его возможности и перспективы – производная Вашей исключительной компетентности, организаторского таланта и богатейшего опыта металлурга: опыта, приобретенного на всех уровнях работы металлургического предприятия. Глубокое понимание производственных и экономических процессов помогает принимать стратегически верные решения и добиваться успеха. Надеемся, Ваши знания и таланты еще много лет будут служить развитию отечественной металлургии!

Благодарим за доверие в работе. Всегда рады совместным проектам. От всей души желаем новых профессиональных достижений и побед, процветания и роста Вашему делу, личного благополучия и счастья – и, конечно, крепкого здоровья Вам и Вашим близким!