Header Image
В сентябре 2014 года китайские строительные компании подтверждали свою готовность строить для россиян доступное жилье по 30 тысяч рублей за 1 м2, соблюдая при этом российские технические нормы. Речь шла о 25 млн м2 жилой недвижимости, возведение которых запланировано по программе «Жилье для российской семьи». Предполагается, что она позволит обеспечить отдельными квартирами 460 тысяч российских семей.
Подробнее ...
Оценка карстового риска в свете требований федеральных законов России Печать E-mail
09.12.2014 15:36

В.В. Толмачёв
ОАО «Противокарстовая и береговая защита», 606019 Дзержинск, ул. Гастелло, 10/15
e-mail:
Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

Введение. В ряде законов Российской Федерации (например, 7-ФЗ, 184-ФЗ, 190-ФЗ, 384- ФЗ и др.) содержатся требования о необходимости оценки рисков опасных природных и техногенных процессов и сравнения их с соответствующими допустимыми значениями этих рисков. Проблема оценки карстовых рисков в России является весьма актуальной. Закарстованные территории в России существуют почти в 90% субъектов Федерации. Характер и степень карстовой опасности, а также степень её изученности в них чрезвычайно разнообразны. Карстовый риск должен учитывать типы карстовой опасности [6] и специфику хозяйственного освоения закарстованных территорий с учётом вероятных ущербов экономического, социального и экологического характера.

Повреждения и разрушения жилых зданий и промышленных объектов, которые были обусловлены карстовыми процессами, имели место в таких городах, как Москва, Нижний Новгород, Казань, Уфа, Тула, Дзержинск, Павлово, Кунгур, Березники и др. Здесь риск, как правило, связывается с вероятностью значительного экономического и социального характера.
Аварийные ситуации вследствие карстовых проявлений регулярно происходят на железных дорогах. При реализации программы высокоскоростного движения поездов негативное влияние карстовых процессов должно приниматься во внимание как один из важнейших факторов, влияющих на безопасность. В этом случае, карстовый риск обуславливается, прежде всего, вероятностью негативных социальных последствий.
Карстовые процессы создают весьма специфичную проблему при проектировании и эксплуатации полигонов хранения промышленных и бытовых отходов, а также при их ликвидации. Здесь карстовый риск должен связываться, прежде всего, с высокой вероятностью обширного и глубокого загрязнения геологической среды, что вызывает значительный экологический ущерб. Мало того, в некоторых регионах часто имеют место случаи заполнения карстовых воронок отходами, что вызывает необходимость юридического вмешательства.
Серьёзные проблемы вследствие карстовых проявлений имели место при строительстве и эксплуатации магистральных трубопроводов. Их специфика заключается в том, что аварийные ситуации могут возникнуть не столько из-за образования внезапных провалов, сколько вследствие наличия вблизи трассы старых карстовых форм и развития карстовых постепенных оседаний больших размеров в плане. Здесь наиболее вероятны экологические и экономические ущербы.
Целый комплекс специфичных проблем возникает при расположении атомных электростанций (АЭС) на закарстованных территориях. В частности, оценка карстовой опасности и риска (как для основных сооружений, так и для инфраструктуры АЭС), не имеет смысла без должного учёта чрезвычайно интенсивных техногенных воздействий на геологическую среду. При оценке карстовых рисков для этих объектов в одинаковой мере должны учитываться все три типа вероятных ущербов: экономических, социальных, экологических. Достаточно жёсткие нормативные требования международных и национальных стандартов по проектированию АЭС в карстовых районах в принципе гарантируют обеспечение должной безопасности, соответствующей чрезвычайно низкому допустимому риску (порядка 10-6 - 10-7 на сооружение в год). Однако проблема заключается в практической реализации этих требований на всех стадиях жизненного цикла АЭС, прежде всего, на стадиях выбора участка для размещения АЭС, инженерных изысканий и объективной оценки карстового риска. Именно на этих стадиях возможны ошибки принципиального характера.
Таким образом, можно утверждать, что оценка карстового риска имеет смысл лишь в рамках единой системы «Карстовый процесс – проектно-изыскательская – экономическая – природоохранная – управленческая деятельность».
Понятие «риск опасных природных и техногенных процессов», сформулированное в вышеназванных Федеральных законах, в значительной мере соответствует концепции ООН “Sustainable development”, основой которой является триада, учитывающая экономическую, социальную и экологическую составляющую. Эта концепция декларируется в Градостроительном кодексе РФ, как «устойчивое развитие» [7]. Однако, кроме деклараций о необходимости оценки риска, в существующих нормативно-методических документах для строительства (СНиП, СП и пр.) официального развития понятий «риск», «допустимый риск», «степень риска» практически до сих пор, к сожалению, не произошло. Поэтому массовое внедрение требований Федеральных законов в проектно-изыскательскую практику в ближайшее время вряд ли произойдёт, если Правительство не поймёт ситуацию и не примет соответствующие меры по развёртыванию исследований в области определения параметров риска применительно к конкретным опасным природным процессам и различным сооружениям.
О понятии риска в нормативных документах России и возможности его применения при строительстве в карстовых районах. В соответствии с законом 184-ФЗ «О техническом регулировании» под карстовым риском при решении инженерно-строительных задач будем понимать вероятность причинения вреда жизни и здоровью людей (социальный ущерб), сооружениям и имуществу (экономический ущерб) и окружающей среде (экологический ущерб) вследствие негативного влияния карстового процесса с учётом тяжести этого вреда. Следует иметь в виду, что негативное влияние карста при инженерно-строительном освоении территорий может иметь несколько аспектов, которые определяют следующие типы карстовой опасности [6, 15]:
• Карстоопасность типа A, обусловленная интенсивным загрязнением геологической среды в плане и по глубине [12];
• Карстоопасность типа B, обусловленная вероятностью недопустимых повреждений или даже катастрофических разрушений сооружений вследствие провалов (подтип B1), локальных оседаний (подтип B2),неравномерных осадок (подтип B3), общих оседаний земной поверхности (подтип B4) и др. [6, 11, 15].
• Карстоопасность типа C, обусловленная вероятностью осложнений при строительстве и эксплуатации подземных сооружений вследствие: недопустимого притока карстовых вод в выработки (подтип С1), локального повышения горного давления на конструкцию подземного сооружения (подтип С2), затруднений при устройстве глубоких фундаментов (подтип С3) и т.п. [13, 14];
• Карстоопасность типа d,обусловленная вероятностью недопустимых утечек воды из водоёмов [14].
Названные типы карстовой опасности отражены в Своде правил «Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов. Основные положения» (СП 116.13330.2012).
Возможны и другие аспекты карстовой опасности, связанные с различными осложнениями хозяйственной деятельности (водоснабжение, добыча полезных ископаемых, страхование, стоимостная оценка земель в условиях карстовой опасности и т.д.).
С учётом этих аспектов карстовой опасности, а также особенностей решения различных инженерных задач вырисовывается новое направление в инженерном карстоведении. Основная задача его, по нашему мнению, должна быть связана с научно-методическим обоснованием разработки способов использования параметров риска в проектно-изыскательской, природоохранной, юридической и управленческой деятельности. К сожалению, целенаправленная государственная программа такого рода научно-исследовательских работ в настоящее время отсутствует. Судя по всему, в ближайшее время в России не приходится ждать такого рода исследований по заданию государства, несмотря на то, что соответствующие ведомства обязаны создавать условия для практического выполнения соответствующих требований Федеральных законов. Очевидно, аналогичные ситуации существуют и в других странах. Это можно утверждать по результатам нашего анализа проблемы оценки карстового риска в других странах [6]. По нашему мнению, было бы целесообразно организовать международные исследования по оценке рисков на территориях с опасными экзогенными процессами и принципам реализации концепции ООН “Sustainable development of terrains”. Альтернативой этому может быть другой подход – самостоятельно решать частные задачи оценки карстового риска применительно к конкретным регионам, типам сооружений (например: АЭС, высотные здания, крупные мосты, высокоскоростные железные дороги и т.д.), типам и подтипам карстовой опасности (например: В4, С3 и др.).
Ниже излагается один из подходов оценки карстового риска на территориях, где основная опасность связывается с образованием карстовых провалов в условиях покрытого карбонатного и сульфатного карста. Этот подход начал внедряться в Нижегородской области [2].
Карстово-провальный риск. Под карстово-провальным риском будем понимать вероятность поражения определённой площади за заданный срок карстовыми провалами, которые могут вызвать экономический (A), социальный (B) и экологический (C) ущербы. В том случае, когда эта вероятность определяется для единицы площади F (например, F = 1 га) за заданную единицу времени T (например, T = 1 год или 100 лет) карстово-провальный риск будем называть удельным риском (Pr). Для строительных целей в этом случае целесообразно принимать за единицу времени Т = 100 лет, что соизмеримо с расчётным сроком службы большинства сооружений, а за единицу площади 1 га, вполне соизмеримую с площадью строительных участков. Значение Pr целесообразно определять по результатам изысканий, а возможные при этом ущербы (A-B-C) полезно оценивать группой экспертов (проектировщиков, экономистов, экологов, юристов, специалистов в области страхования, чрезвычайных ситуаций, инженерного карстоведения и др.).
Автором были установлены [4] некоторые стохастические закономерности провалообразования на территориях покрытого карста, которые могут быть использованы при оценке карстово-провального риска. В частности, было показано, что распределение образования карстовых провалов во времени и в пространстве (при определённых условиях) подчиняется закону Пуассона. Параметром этого распределения является интенсивность (частота) образования провалов λ (удельное среднее число провалов, отнесённое на 1 км2 в год или на 1 га за время 100 лет). Распределение же диаметров d карстовых воронок на сравнительно больших по площади территориях следует логнормальному распределению, а на небольших площадях, как правило, приближается к нормальному закону Гаусса. Эти распределения служат основой для прогнозирования средних dmid и максимальных dmax значений диаметров карстовых воронок. Параметры λ, dmid, dmax должны являться основными результатами изысканий. Кроме того, в результате изысканий на участке должны быть определены конкретные релевантные инженерно-геологические условия и техногенные воздействия на геологическую среду, влияющие на вероятность образования провалов и их размеры. В результате их анализа экспертным путём назначается коэффициент K1, позволяющий корректироватьинтенсивность образования провалов и их диаметры.
На основе этих положений удельный карстово-провальный риск определяется по формулам:

Pr = Ps·U;
Ps = 1 – exp (-λd);
λd = λK1K2;
K2 = 1 + dmidF0/[dmax(1 + F0)].

В этих формулах: U – уязвимость при образовании карстовых провалов сооружений, расположенных на площади 1 га с учётом вариантов размещения комплекса сооружений и их конструктивных особенностей; F0 – площадь (га) вокруг контура рассматриваемой площади на расстоянии dmax/2; Ps – вероятность образования провалов на площади 1 га за срок 100 лет.
Аналогично определяется карстово-провальный риск Prb для конкретного сооружения площадью Fb с расчётным сроком службы Tb:

Prb = PsbUb;
Psb = 1 – exp (-λdFb Tb);
K2b = 1 + dmidF0b/[dmax(Fb + F0b)].

Следует обратить внимание на следующие обстоятельства:
Если в результате изысканий не представляется возможным определить показатель интенсивности образования провалов λ,то вероятность образования провалов Ps рекомендуется приблизительно оценивать экспертно с использованием инженерно-геологических аналогий и с учётом вероятных техногенных воздействий на геологическую среду, которые могут влиять на вероятность провалообразования.
То же самое можно рекомендовать относительно прогноза диаметров карстовых воронок. Однако, в этом случае целесообразно также использовать детерминистические методы прогноза диаметров карстовых провалов. Имеются многочисленные публикации по этому вопросу, с анализом которых можно ознакомиться, например, по работе [10]. При этом важно выбрать ту расчётную модель, которая в наибольшей степени отвечает инженерно-геологическим условиям формирования провалов на рассматриваемом участке.
Допустимые карстовые риски. При инженерно-строительном освоении закарстованных территорий возникает ряд вопросов, объективное решение которых возможно при использовании названных параметров риска. К числу этих вопросов относятся, например, следующие: необходимость и достаточность осуществления различных капитальных защитных мероприятий, обоснование параметров их проектирования, минимизация экономических, социальных и экологических ущербов, целесообразность страхования строительных объектов и населения, обоснование отказа от строительства на выделенном участке, определение условий эксплуатации объекта в условиях карстовой опасности и т.п.
Частично эти вопросы решаются путём сравнения карстовых рисков (Pr или Prb) с соответствующими допустимыми рисками (Rn или Rnb). Допустимые риски должны назначаться при обязательном комплексном учёте приемлемых ущербов экономического (класс А), социального (класс В) и экологического (класс С) характера. Именно такой подход соответствует концепции ООН «Sustainable development of terrains» [7].
На закарстованных территориях в проектно-изыскательской практике под ущербами чаще всего понимаются потери, обусловленные повреждением или разрушением строительных объектов вследствие карстовых деформаций и недопустимым загрязнением геологической среды. При этом, экономические потери условно связываются со стоимостью повреждённого сооружения и другого имущества, социальные потери – с возможной гибелью людей или причинения вреда их здоровью, а также с другими негативными последствиями культурного, политического и тому подобного характера, экологические потери – с возможным загрязнением окружающей среды на той или иной площади.
Точно заранее оценить эти ущербы практически нереально. Поэтому целесообразно типизировать вероятные ущербы с дифференциацией на несколько групп и экспертным путём оценивать их для наиболее вероятных сценариев. Как показала наша практика [2, 5], эти ущербы полезно дифференцировать по следующим типам применительно к классам А, В, С:
(А) Экономический ущерб: (I) малый; (II)умеренный; (III) большой; (IV) чрезвычайно большой.
(В) Социальный ущерб: например, (a) гибель людей практически невозможна; (b) возможна гибель небольшой группы людей; (c) возможна гибель большой группы людей; (d) возможна массовая гибель людей.
(С) Экологический ущерб: (1) загрязнение окружающей среды практически невозможно; (2) локальное загрязнение окружающей среды; (3) загрязнение окружающей среды на площади, соизмеримой с площадью небольшого города; (4) загрязнение окружающей среды на площади, соизмеримой с площадью большого города или региона.
С учётом показанной типизации ущербов нами в практической работе используется матрица соответствующих удельных значений Rn. Матрица содержит 64 ячейки, в каждой из которых значение Rn соответствует тому или иному сценарию возникновения вероятного типа ущерба [5]. В сокращённом виде, применительно к наиболее часто встречающимся сценариям, она приведена в работе [2]. Отметим, что значения Rn в зависимости от различных сценариев колеблются в широких пределах: от 0,1 (сценарий АI-Ва-С1, например, повреждение неответственного нежилого здания IIIуровня ответственности) до 0,000005 (сценарий АIV-Вd- С4,что примерно соответствует допустимой вероятности разрушения одного из основных сооружений АЭС).
Сравнивая величины Pr и Rn можно судить о степени (уровне) карстового риска на рассматриваемой территории (применительно к различным сооружениям) и при необходимости обоснованно (с учётом существующего опыта) назначать комплекс противокарстовых мероприятий капитального и эксплуатационного характера. Для решения этой задачи удобным показателем уровня карстового риска является отношение:

LR = Pr/ Rn .

Примеры использования параметров карстового риска в проектно-изыскательской практике. Пример 1. Назначение комплекса противокарстовых мероприятий с учётом показателя уровня карстово-провального риска LR в карстовом районе г. Дзержинска (табл. 1). Были учтены следующие релевантные инженерно-геологические условия и характеристики застройки:
• сульфатно-карбонатный покрытый карст;
• глубина залегания карстующихся пород 40 – 70 м;
• на большей части территории возможны карстово-суффозионные процессы;
• основные поверхностные карстопроявления – провальные воронки (dmid = 12 м);
• удельный показатель интенсивности образования провалов λ = 0,1 провалов на 1 га за 100 лет;
• промышленные здания I уровня ответственности;
• фундаменты мелкого заложения.

Таблица 1. Рекомендуемый комплекс противокарстовых мероприятий

LR

Тип защитного мероприятия для снижения LR

Комплекс мероприятий

< 0,1
(а) Наблюдения за состоянием местности

а

0,1 – 0,5
(b) Недопущение регулярных техногенных воздействий на геологическую среду

a + b

0,5 – 1
(с) Недопущение устройства отдельно стоящих фундаментов в каркасных зданиях

a + b + c

1 – 5
(d) Монолитные железобетонные фундаменты

a + b + c + d

5 – 10
(e) Регулярный контроль за состоянием конструкций и оснований здания

a + b + c + d + e

Пример 2. Назначение удельных допустимых карстовых рисков Rn применительно к полигонам захоронения отходов («свалкам»).
В настоящее время в строительных нормах отсутствуют классификации закарстованных территорий для размещения полигонов захоронения отходов. Однако имеются достаточно обоснованные предложения по классификациям такого рода. При расположении полигонов захоронения отходов в условиях покрытого карста территории предлагается дифференцировать по их потенциальной чувствительности к загрязнению геологической среды (карстоопасность типа А) на пять категорий [8]. При этом территории, где имеют место поверхностные карстовые воронки, основным критерием карстоопасности является не интенсивность образования провалов, а суммарный объём карстовых форм с учётом его прироста за заданный срок, а также условий фильтрации воды в грунты и горные породы. В зависимости от этих категорий и классов опасности отходов «на свалках» предлагаются допустимые удельные риски загрязнения Rn (табл. 2), отнесённые на 1 га за срок 100 лет.

Таблица 2. Значения Rn для полигонов захоронения отходов в зависимости от категорий карстоопасности типа А (I…V)

Классы опасности отходов
I
II
III
IV
V
Мало опасные
0,1
0,05
0,01
0,005
0,001
Умеренно опасные
0,05
0,01
0,005
0,001
0,0005
Высоко опасные
0,01
0,005
0,001
0,0005
0,0001
Чрезвычайно опасные
0,005
0,001
0,0005
0,0001
0,00005

Пример 3. Оценка уровня карстового риска для железнодорожного пути. Применительно к тридцатикилометровому участку магистральной железной дороги на линии Москва – Нижний Новгород было проведено зонирование по уровню карстового риска LRв двух вариантах: (1) для движения поездов с обычными скоростями (до 100 км/ч) и (2) для скоростного движения (со скоростями до 150 км/ч) [9]. По данному участку для каждого из километров были построены эпюры значений LR, которые могут служить основой для определения комплекса и очерёдности проведения мероприятий капитального и эксплуатационного характера по повышению безопасности движения поездов.
Пример 4. Модернизация методики определения параметра конструктивного усиления зданий, который целесообразно использовать при проектировании усиления фундамента на воздействие карстового провала. Методика была предложена около 30 лет назад [3].Она основывается на учёте некоторых стохастических характеристик карстовых провалов, что объективно отражает природу образования карстовых провалов. Названный параметр применительно к ленточным «противокарстовым» фундаментам был назван «расчётным пролётом провала» ld.
Узким местом методики являлось назначение допустимой вероятности воздействия провала на сооружение, которое может привести к той или иной аварийной ситуации. Эта вероятность принималась условно в зависимости лишь от уровня ответственности сооружения [3]. В качестве альтернативного варианта предлагалось, чтобы сам заказчик совместно с проектировщиками назначал значение этой вероятности с учётом специфики строительного объекта. Однако недостаточная квалификация этих специалистов (а также отсутствие на этотсчёт нормативных указаний) не позволяла на практике реализовывать этот вариант. В настоящее время, после выхода в свет «Технического регламента о безопасности зданий и сооружений» (384-ФЗ) проектирование сооружений должно проводиться с учётом риска, допустимого риска и степени риска. Именно в связи с этим требованием Технического регламента и была откорректирована вышеназванная методика. Было доказано [1], что «расчётный пролёт провала» ld тесно связан с уровнем карстово-провального риска LR. Это позволяет непосредственно реализовывать на практике вышеназванного требования Федерального закона. В Нижегородской области этот способ был апробирован уже на нескольких десятках объектов.
Выводы. Оценка риска при инженерно-строительном освоении закарстованных территорий и использование этого понятия в проектно-изыскательской и природоохранной деятельности позволяет минимизировать вероятные ущербы.
Оценку карстового риска необходимо проводить с учётом различных аспектов карстовой опасности.
Сравнение карстового риска с допустимым его значением, учитывающим вероятность определённых приемлемых ущербов вполне соответствует концепции ООН «устойчивого развития», основанной на учёте триады экономической, социальной и экологической составляющих, а также интересов настоящего и будущих поколений.
Необходимо внедрять в проектно-изыскательскую практику требования Федеральных законов в части использования параметров риска, не дожидаясь появления соответствующих положений в отдельных Сводах правил по строительному проектированию. В противном случае (при существующем несовершенстве управления в деле создания нормативной базы строительства) реальное внедрение требований Федеральных законов относительно природно-техногенных рисков отложится ещё на годы.

Литература
1. Махнатов С.А., Уткин М.М. Способ определения параметров проектирования конструктивной противокарстовой защиты // Материалы Российской конференции «Геотехнические проблемы проектирования зданий и сооружений на карстоопасных территориях» 22-23 мая 2012 г. – Уфа: БашНИИстрой, 2012. – С. 72-77.
2. Рекомендации по проведению инженерных изысканий, проектированию, строительству и эксплуатации зданий и сооружений на закарстованных территориях Нижегородской области // Правительство Нижегородской области, Департамент градостроительного развития, ОАО «Противокарстовая и береговая защита». – Нижний Новгород, 2012.
3. Рекомендации по проектированию фундаментов на закарстованных территориях // НИИОСП Госстроя СССР. – М., 1985.
4. Толмачёв В.В. Вероятностный подход при оценке устойчивости закарстованных территорий и проектировании противокарстовых мероприятий // Инженерная геология, № 3, 1980. – С. 98-107.
5. Толмачёв В.В. Оценка рисков при строительстве в карстовых районах // Сборник трудов научно-технической конференции 5-6 октября 2010 г. «Проблемы прогнозирования чрезвычайных ситуаций. Оценка рисков возникновения чрезвычайных ситуаций». – М., 2011. – С. 282-290.
6. Толмачёв В.В. Методы оценки карстовой опасности для строительных целей: состояние и перспективы // Геоэкология, 2012, № 4. – С. 354-363.
7. Толмачёв В.В. Принципы устойчивого развития территорий в карстовых районах и примеры из практики их реализации// Геоэкология, 2014, № 1. – С. 3-8.
8. Толмачёв В.В., Мамонова Т.В. Карстоопасность и полигоны твёрдых промышленных и бытовых отходов // Материалы Международной научно-технической конференции «Экология урбанизированных территорий» 15 -16 июня 2006 г. – М., 2006. – С. 146-149.
9. Толмачёв В.В., Мамонов Т.Ф. Обоснование комплекса противокарстовых мероприятий на эксплуатируемых железных дорогах на основе оценки карстового риска // Труды пятой научно-технической конференции «Современные проблемы проектирования, строительства и эксплуатации железнодорожного пути». – М., МИИТ, 2008.– С. 61-64.
10. Уткин М.М., Махнатов С.А. Сравнительный анализ расчётно-теоретических методов по прогнозированию диаметров карстовых провалов // Материалы Российской конференции «Геотехнические проблемы проектирования зданий и сооружений на карстоопасных территориях» 22-23 мая 2012 г. – Уфа: БашНИИстрой, 2012. – С. 262-267.
11. Aderhold G. Klassifikation von Erdfällen und Senkungsmuldenin karst gefährdeten Gebieten Hessens. Empfehlungenzur Abschätzung des geotechnichen Risikosbei Baumassnahmen // GeologischeAbhandlungen Hessen, Band 115. Wiesbaden, HLUG, 2005. – 100 S.
12. Hugness T., Memon B., LaMoreaux P. Landfills in karst terrains // Bull. of the Association of engineering geologists, vol. XXXI, № 2, 1994. – P. 203-208.
13. Marinos P. Tunneling and mining in karsticterrane: an engineering challenge // Proc. of the eighth multidisciplinary conference on sinkholes “Sinkholes: their geology, engineering and environmental impact of karst”. Lousville, USA. A.A. Balkema, 2001. – P. 3-16.
14. Milanović P. Geological engineering in karst (Dams, reservoirs, grouting, groundwater protection, water tapping, tunneling). – Belgrade, Zebra, 2000. – 347 p.
15. Tolmachev V., Leonenko M. Experience in collapse risk assessment of building on covered karst landscapes in Russia // In the book “Karst management” / Editor Van Beynen P. Dordrecht-Heidelberg – London-New York, Springer, 2011. – P. 75-102.

 
Free template "Frozen New Year" by [ Anch ] Gorsk.net Studio. Please, don't remove this hidden copyleft! You have got this template gratis, so don't become a freak.