В ряде случаев подземные воды изменяют свойства горных пород. Некоторые глины при увлажнении набухают и тяжело разрабатываются. Глинистые сланцы при попадании воды теряют устойчивость. Насыщенные водой пески легко отдают воду при проходке выработки, это требует их предварительного осушения. Тонкозернистые пески с примесью илистых частиц способны удерживать воду и превращаться в плывуны. Проходка в таких условиях очень сложна и требует применения специальных способов.

Подземные воды являются важным фактором, который надо учитывать при проектировании метрополитена – выборе трассы, применении тех или иных конструкций, способах гидроизоляции, составлении проекта организации строительства. При проведении инженерно-геологических изысканий определяют наличие подземных вод, их характер, химический состав, ожидаемые водопритоки при проходке. Наличие подземных вод в слое породы определяется бурением разведочных скважин.

В Москве построены и строятся надземные, наземные и подземные (мелкого и глубокого заложения) линии метро. Наиболее распространен подземный метрополитен.

Глубина заложения линии выбирается с учетом геологических, геоморфологических, гидрогеологических условий. Предусматриваются сохранение исторических и архитектурных памятников, защита зданий от шума и вибраций, вызываемых движением поездов. При изучении массива горных пород особое внимание уделяется таким показателем, как величина горного давления, коэффициент разрыхления, модуль трещиноватости, коэффициент упругого отпора, абразивность, коррозионные свойства, сопротивление отрыву и сдвигу по контактам между слоями и по трещинам, расслаивание, пучение, плывунность и т.д. Особого внимания требуют такие опасные явления, как карст, суффозия, оползни.

Подземные воды, содержащие вредные примеси, которые оказывают разрушающее действие на обделку тоннеля, называют агрессивными.

Использование подземного пространства в любом случае связано с нарушение системы подземных вод – в основном с их откачкой. Во время строительства станций метро «Арбатская» (Арбатско-Покровской линии) и «Боровицкая» рабочие столкнулись с огромными трудами: проходчики сооружали их буквально по пояс в воде. «Арбатская» стала единственной станцией, оборудованной насосами, откачивающими воду.

Откачка, производимая и в других местах, с тяжелой гидрогеологической ситуацией, зачастую и приводит к опасности обрушений строений, стоящих на поверхности: по закону Архимеда в отсутствие воды вес почвы существенно, в разы, возрастает, увеличивается давление на глубинные слои грунта, и он начинает уплотняться и проседать.

В исторической части Москвы это особенно очевидно. Также следует учитывать и то, что вода, поступающая в грунт с дождями, постепенно размывает почвы даже на большой глубине, создавая процесс так называемой суффозии. Суффозионный процесс делает грунт более рыхлым, так как его частницы вымываются водой в карстовые пустоты, которые есть и под центром города, например в районе м. «Охотный ряд».

При этом, например, проект «Золотое кольцо», в рамках которого в Москве планируется построить несколько высотных зданий, не вызывает особого беспокойства у специалистов, с учетом того, что в процессе их строительства будут применены современные технологии и проведена всеобъемлющая тщательная экспертиза места застройки. Сталинские высотки строились в то время, когда опыт сооружения таких зданий у отечественных строителей был неизмеримо меньше, и все же они до сих пор стоят, достаточно крепко.

3.3 Современные технологии гидрогеологических исследований

Подземная вода, содержащаяся в порах грунта, трещинах и полостях горных пород, способна перемещаться под действием сил тяжести, в значительной степени влияет на прочностные и деформационные характеристики грунта. Известно, что глинистые и биогенные грунты по мере увеличения влажности теряют свою прочность, а при отрицательных температурах подвержены морозному пучению. Прочность же песчаных грунтов с уменьшением влажности заметно снижается. Увеличение коэффициента фильтрации подземных вод приводит к возникновению суффозионных и карстовых процессов, а их высачивание на склонах косогоров (или на откосах насыпей) – к появлению оползневых процессов.

Существование самих подземных вод зависит от режимообразующих факторов, связанных с изменением действия ранее существовавших и возникновением новых источников питания.

Расположенные вверх по подземному потокуводоемы, промышленные предприятия с большим потреблением воды, инфильтрация утечек из крупных коллекторов систем канализации приводят к повышению уровня подземных вод, а функционирование водозаборов и дренажных систем – к понижению.

Строительство зданий и сооружений с заглубленными фундаментами и освоение подземного пространства может вызвать образование барьерного эффекта и подтопление вышележащих территорий.

Эксплуатация сооружений нередко приводит к загрязнению подземных вод, а также к ухудшению механических свойств грунтов, вмещающих эти воды, с негативными последствиями (например, оползень в г. Витебске весной 2004 г.).

Существенной особенностью изменений режима подземных вод является их скоротечность. Время протекания инженерно-геологических процессов, связанных с подземными водами, оказывается сопоставимым со временем эксплуатации здания или сооружения. Разумеется, что наиболее интенсивные воздействия геологическая среда испытывает в городских условиях. И поэтому здания и сооружения, запроектированные с соблюдением всех требований, через некоторое время могут оказаться в иных условиях (неизвестными становятся места и глубина залегания подземных вод), что снижает их эксплуатационную надежность.

Важным фактором обеспечения эффективного строительства является мониторинг геологической среды. Прямые его методы – зондирование и бурение скважин с отбором проб грунта.

К наиболее распространенным косвенным методам относятся электрометрические, радиоволновые и сейсмические. В городских условиях при наличии плотной застройки и развитой сети подземных коммуникаций бурение скважин зачастую бывает проблематичным, а использование электрометрических и сейсмических методов невозможным. Кроме того, информация, полученная путем бурения скважин, является точечной. Она характеризует свойства только тех грунтов, которые взяты из данной скважины. А широко используемая интерполяция для оценки свойств грунтов, залегающих между двумя соседними скважинами, часто бывает некорректна. Интерполяционная ошибка в оценке геологической и гидрологической обстановки будет тем больше, чем больше расстояние между скважинами. Метод периодического контроля подповерхностной среды должен быть, во-первых, неразрушающим, а во-вторых, непрерывным в пространственных координатах. Этим двум требованиям удовлетворяет радиоволновой метод электроразведки – радиолокационное подповерхностное зондирование. Сущность его заключается в периодическом излучении в подповерхностную среду зондирующих электромагнитных сигналов, приеме сигналов, отраженных от неоднородностей подповерхностной среды, обработке этих сигналов и построении радиолокационного изображения (РЛИ). Этот метод в последние годы часто применяется для обнаружения, картирования и определения типа подземных вод.