Анализ и оценка геоэкологического состояния подземного пространства Санкт-Петербурга

Загрязнение территории, занятой современным Санкт-Петербургом, и собственно его подземного пространства началось еще задолго до основания города. Нами были выделены определенные периоды, характеризующиеся спецификой техногенного воздействия с соответствующими негативными геоэкологическими последствиями. В настоящее время уровень экологической пораженности подземного пространства должен оцениваться с нескольких позиций. Напряженно-деформированное состояние сложно построенной толщи пород, которое формируется под воздействием наземного и подземного строительства, изменения гидродинамической ситуации подземной гидросферы (повышения и/или понижения пьезометрической поверхности водоносных горизонтов, имеющих этажное строение), развития природных геодинамических процессов, связанных с особенностями расположения города в пределах сопряжения двух крупных структур (Балтийского щита и Русской плиты). Для рассматриваемого региона характерно протекание малоамплитудных тектонических движений отдельных блоков, а также глубинные эманации газов, проявление которых имеет импульсный характер. Высокая степень загрязнения подземных вод и пород фиксируется на большей части территории города, особенно в пределах исторического центра, где контаминация подземного пространства продолжается более 300 лет, при этом среди загрязнителей особую роль играют органические компоненты различного генезиса, способствующие формированию восстановительной среды в обводненной грунтовой толще за счет окисления органики. Глубина загрязнения подземных вод и пород может прослеживаться на 50 м и более. Отсутствие зон активного дренирования верхних водоносных горизонтов в пределах исторического центра и новостроек за счет существования водонепроницаемых шунтовых ограждений и набережных предопределяет застойный гидродинамический и гидрохимический режим подземных вод, в первую очередь, в пределах островной части города, что ускоряет процессы их загрязнения и формирования анаэробной обстановки. Значение окислительно-восстановительного потенциала Eh грунтовых вод часто опускается ниже минус 100 mv. Широкое распространение генетически слабых четвертичных отложений различного возраста, которые в процессе дополнительного загрязнения органическими поллютантами значительно снижают свою прочность, особенно при разрушении цементационных связей за счет редукции трехвалентного железа, сорбции органических соединений абиотического и биотического генезиса на дисперсных частицах, накопления газовой компоненты в породах и др. Коренные породы осадочного происхождения — высоколитифицированные глины нижнекембрийского и вендского возраста — характеризуются наличием тектонической и нетектонической трещиноватости, что до настоящего времени не принималось во внимание при анализе защитной функции региональных водоупоров, а также при оценке их устойчивости в подземных выработках. Вывалообразование при строительстве метрополитена приводило к развитию деформаций дневной поверхности и повреждению наземных зданий и сооружений, а также инженерных коммуникаций. В подземном пространстве и на территории города получили развитие эндогенные и экзогенные процессы природного и природно-техногенного типа. Среди таких процессов, имеющих принципиальный характер для оценки нормальных условий функционирования города и обеспечения безопасности жизнедеятельности его населения, подлежат всестороннему изучению и контролю: 1) проявление региональной радоноопасности и других эманаций в подземных выработках и в приповерхностной части разреза пород и почвах; 2) наведенная сейсмичность за счет малоамплитудных подвижек блоков кристаллического фундамента и техногенного воздействия (вибрационного эффекта транспортных средств, забивки свай, шпунтов, подземных взрывов и др.); 3) газодинамические явления, вызванные захоронением болот, торфяников, ликвидацией водотоков и водоемов, что приводит к депонированию биохимических и глубинных газов и вызывает, в свою очередь, разуплотнение водонасыщенных дисперсных пород, а в экстремальных ситуациях провоцирует грязегазовые выбросы и самовозгорание газов; 4) локальное проявление истинных и псевдоплывунов, приводящее к прорывам в котлованы, подземные выработки, усиление процесса наведенной сейсмичности, нарушение устойчивости набережных и неукрепленных шпунтовыми ограничениями откосов; 5) оползневые явления, развивающиеся только в южных районах города, где развита речная сеть в нижнекембрийских синих глинах; кроме того, в пределах города отмечаются медленные смещения береговых устоев моста Александра Невского, построенного в 1967 г.; в 1979 г. произошло катастрофическое разрушение Арсенальной набережной после ее ремонта на правом берегу реки Невы в пределах ее крутой излучины; в марте 1999 г. наблюдался оползень, захвативший незакрепленный участок левобережного откоса Обводного канала вблизи Лиговского пр.; 6) биохимические процессы в подземном пространстве Санкт-Петербурга, вызванные активной жизнедеятельностью природной и привнесенной микробиоты, развивающиеся при дополнительном поступлении питательных субстатов с поллютантами (органическими и неорганическими); при этом деятельность микроорганизмов в подземном пространстве города должна рассматриваться с двух позиций — позитивной и негативной. Первая из них включает изучение процессов самоочищения и саморегуляции состава подземных вод и водонасыщенных пород, вторая предполагает изучение накопления живых и мертвых клеток микрофлоры, а также продуктов ее метаболизма в дисперсных породах, что приводит к снижению прочности глинистых отложений, появлению плывунных свойств в песках, повышению газонасыщения и соответственно разуплотнению отложений, вплоть до возникновения выбросов газа и развития деформаций дневной поверхности; 7) прогрессирующее ухудшение экологический обстановки в подземном пространстве, связанное с повсеместным загрязнением подземной гидросферы, активизацией микробиологической деятельности, сопровождающееся повышением уровня агрессивности подземной среды по отношению к строительным материалам, которые использовались и используются в подземных конструкциях и инженерных коммуникациях в процессе строительства и развития городской инфраструктуры; интенсификация агрессивности среды, проявляющейся также в усилении электрохимических процессов на поверхности металлических конструкций. В подземном пространстве Санкт-Петербурга природа агрессивности подземных вод и пород определяется физико-химическими, химическими и биохимическими факторами. В свете краткого анализа состояния геоэкологической ситуации подземного пространства Санкт-Петербурга, приведенного выше, становится очевидным, что в процессе освоения подземного пространства необходимо учитывать природную и техногенную пораженность его компонентов в тесной взаимосвязи с эксплуатирующимися и строящимися инженерными объектами подземного и наземного размещения. Преобразование компонентов подземного пространства города имеет динамичный характер и определенные закономерности его развития во времени. Такие закономерности могут быть изучены только на основе создания комплексного геоэкологического мониторинга основных процессов и явлений, протекающих в подземном пространстве и имеющих принципиальное значение не только для контроля состояния подземного пространства, но и принятия соответствующих решений по обеспечению нормальных условий функционирования города, его отдельных сооружений, а также сохранения архитектурного облика исторического центра Санкт-Петербурга.