Рассмотрены конструктивные особенности подземной части Исаакиевского собора, специфика инженерно-геологического разреза его основания, приведена сравнительная оценка изменения состояния и свойств водонасыщенных песчано-глинистых грунтов четвертичной толщи за 55 лет (1954-2009). Оценена динамика загрязнения грунтовых вод за счет утечек из систем канализации и их агрессивность. Выполнены исследования микробной пораженности грунтов, которая характеризуется аномально высокими значениями. Предложена структура комплексного мониторинга для проблемы обеспечения длительной устойчивости собора.
Рассматриваются геобиологические и гидрогеохимические процессы в подземном пространстве Санкт-Петербурга и их роль в активизации коррозии конструкционных материалов эскалаторных тоннелей метрополитена. Особое внимание обращается на неблагоприятную экологическую обстановку, которая связана с загрязнением органическими и неорганическими соединениями, микробиотой, нефтепродуктами, поступающими из несовершенной канализационной системы, а также из зон длительно существующих кладбищ. Полученные данные свидетельствуют о биологическом поражении и разрушении чугунов и бетонов обделки тоннелей за счет деструктивной деятельности микроорганизмов .
В условиях интенсивного многоуровневого освоения подземного пространства Санкт-Петербурга остро стоит задача прогнозирования и диагностики экзогенных процессов на стадии проектирования, строительства, эксплуатации и реконструкции сооружений. Показана необходимость учета техногенных факторов, таких как химическое, микробное и температурное загрязнение геологической среды, оказывающих влияние на трансформацию состояния и прочности песчано-глинистых пород основания сооружений. Особое внимание уделено влиянию загрязнения коммунально-бытовыми стоками на свойства мореных суглинков и озерно-ледниковых глинистых отложений, которые используются в качестве несущего горизонта для свайных фундаментов и естественного основания для ленточных фундаментов зданий XVIII-XIX веков. Подчеркивается роль агрессивности подземной среды и биокоррозионных процессов в разрушении конструкционных материалов.
Рассмотрены основные природные и техногенные факторы, формирующие специфику экологической обстановки в подземной среде, что оказывает влияние на развитие деформаций и коррозионных процессов транспортных тоннелей. К природным факторам относятся поступление радона, наличие погребенных болот и заторфованных пород. Техногенные факторы загрязнения подземного пространства – это хозяйственно-бытовые свалки, утечки из канализационных систем, кладбища. На примере некоторых перегонных тоннелей показано, что инженерно-геологические и гидрогеологические условия, а также геоэкологическая обстановка определяют особенности функционирования данных сооружений. Отмечено, что разрушение материалов тоннелей происходит главным образом за счет биохимического фактора.
В пределах Санкт-Петербурга выделены уровни освоения подземного пространства, на каждом из которых рассматривается влияние структурно-тектонических, инженерно-геологических, гидрогеологических и геоэкологических факторов на проявление экзогенных процессов. Комплексное влияние природно-техногенных процессов на устойчивость сооружений в подземном пространстве Санкт-Петербурга рассмотрено на примере перегонных тоннелей «Обухово – Рыбацкое». Подчеркивается, что характер и интенсивность перемещений тоннельных конструкций зависит от состояния и физико-механических свойств вмещающих пород, гидродинамического и гидрохимического режима подземных вод, а также газодинамических явлений. Показано большое влияние биокоррозионных процессов в разрушении материалов обделок перегонного тоннеля.
Анализируются причины деформаций одного из важнейших архитектурно-исторических памятников и святынь Санкт-Петербурга - Исаакиевского собора. Описана история строительства собора, его конструктивные особенности, особое внимание уделено устройству фундаментов этого уникального сооружения. Рассмотрены основные природные и техногенные факторы, которые играют негативную роль в развитии длительных и неравномерных деформаций собора. Подчеркивается, что наличие слабых песчано-глинистых грунтов и отсутствие их фильтрационной консолидации предопределило нестабилизированное состояние грунтов в основании собора. Утечки из систем водоотведения способствуют активному загрязнению грунтовых вод и предопределяют снижение прочности и показателей деформационных свойств грунтов. Состав грунтовых вод свидетельствует об активном выщелачивании доломитизированных известняков путиловской плиты, которые были использованы при строительстве фундаментов. Выполненные расчеты показали, что основание собора работает в стадии пластического деформирования, сопровождающегося отлавливанием грунтов из-под фундамента. Выполнены расчеты максимальной и средней величины осадок на базе рассмотрения грунтов как линейной и нелинейной среды. Показано, что наиболее рациональным средством защиты для предупреждения развития дальнейшей деформации собора является устройство конструкции «стена в грунте».
В настоящее время при оценке геоэкологических условий территории города не уделяется должного внимания существованию погребенных болот. Известно, что к моменту заложения города 75 % его площади было заболочено. Полное снятие болотных отложений проводилось только при их мощности, не превышающей 3 м. Более глубокие болота, а также заболоченные участки оказались погребенными и продолжают «жить», являясь наиболее активным геоэкологическим элементом подземной среды города. Хотя болотные воды вне зон техногенного загрязнения характеризуются низкой минерализацией и преимущественно гидрокарбонатно-натриевым, реже кальциевым составом, они играют значительную роль в формировании физико-химической и биохимической обстановки подземного пространства города. В таких обводненных разрезах, содержащих болотные отложения, отмечаются резко выраженные восстановительные условия. Кроме того, отмечается активизация микробиологической деятельности на значительную глубину, поскольку болотные отложения содержат разнообразные физиологические группы микрофлоры. Болотные отложения служат активным природным сорбентом для тяжелых металлов, а также ряда органических загрязнителей. С одной стороны, микробиологическая активность и разнообразие болотных биоценозов приводит к деструкции органических поллютантов. С другой стороны, деятельность биотической компоненты обычно сопровождается биохимической газогенерацией. В подземном пространстве Санкт-Петербурга наблюдается образование метана, азота, сероводорода, углекислого газа и др. Малорастворимые газы (метан, азот) будут воздействовать на напряженно-деформированное состояние песчано-глинистых пород, способствуя развитию грязевых выбросов, а при наличии метана - самовозгоранию. Растворимые и хорошо растворимые в воде газы обычно формируют коррозионную среду по отношению к металлам, бетонам и другим строительным материалам. Выполненные в СПГГИ исследования по влиянию погребенных болот на экологическое состояние города позволили выделить и оконтурить зоны с наиболее высоким уровнем проявления негативных процессов, определяющих безопасность освоения и использования подземного пространства Санкт-Петербурга.
