Прежде чем проследить ход геологических изысканий для строительства тоннеля Япония-Корея, давайте рассмотрим общую картину геологических изысканий для строительства тоннеля. Как правило, всё сводится к сбору имеющихся данных. Данные, полученные в результате исследований, проведённых правительством, хранятся в таких организациях, как Управление геопространственной информации Японии. Также имеются данные, хранящиеся в университетах. На основе собранных данных составляется общая геологическая карта (план и поперечный разрез) района, где будет проложен тоннель. На основе этой геологической карты проводится поверхностная съёмка (см. фото), которая включает в себя непосредственное посещение исследуемого участка и исследование поверхности и отложений.
*Поверхностная съемка
Создание геологического плана автоматически создаёт поперечное сечение, но оно является лишь предварительным. Для повышения точности проводятся буровые работы и исследования упругих волн. Полученные данные сводятся в таблицу для каждого слоя. Применение этих данных к шаблонам данных тысяч туннелей, построенных в Японии на сегодняшний день, позволяет определить тип геологической структуры и подходящий метод прокладки туннеля для данного слоя. Эти шаблоны хранятся в JR, Japan Railway Construction Public Corporation, Japan Highway Public Corporation, Министерстве строительства, электроэнергетических компаниях и других организациях, каждая из которых имеет свои шаблоны, основанные на собственных данных. Тоннели – это полностью «эмпирическое проектирование», и после получения определённых значений в результате исследования эмпирическим путём определяется подходящий метод строительства.
Геологическая разведка, проводимая перед выбором маршрута туннеля, называется «рекогносцировочной разведкой». Она начинается с широкомасштабной разведки физическими методами, поэтому её называют геофизической разведкой, причём наиболее часто применяются упругие волны и электроразведка. Геофизическая разведка – это поверхностная разведка, в то время как бурение – точечная. Разведка упругими волнами заключается в создании вибрационных волн в одной точке исследуемого геологического пласта, например, путём взрыва взрывчатых веществ. Эти волны отражаются от геологической границы в море и улавливаются приёмником в другой точке. Фактическое состояние пласта определяется скоростью и формой распространения волн. Динамит часто используется в качестве сейсмического источника упругих волн. Упругие волны пропорциональны твёрдости пласта: чем твёрже пласт, тем быстрее распространяются волны и тем меньше их амплитуда. И наоборот, чем мягче пласт, тем больше амплитуда и тем медленнее распространяются волны.
Вибрационные волны отражаются от поверхностей с различной твёрдостью в пластах. Даже в пределах одного пласта твёрдость пластов варьируется в зависимости от процесса их образования. Если разные пласты имеют одинаковую твёрдость, отражения от их границ не будет. При наличии разлома, естественно, от него тоже будет отражаться. Гидрологические исследования проводятся для изучения движения воды в пластах. Используется метод физической разведки, называемый электроразведкой. Если одну точку на поверхности земли сделать положительным полюсом, а другую – отрицательным, и пропустить через землю электричество, форма волны тока будет меняться в зависимости от уровня воды под землёй. Это позволяет нам определить, где скапливается вода и есть ли подземные водные жилы. При рытье туннеля через гору часто встречаются подземные лужи воды, что может привести к наводнениям. Поэтому электроразведка проводится по всей горе для проверки наличия воды. Электроды размещаются по всей горе в форме вертушки. После того, как будут выявлены области, где с большой вероятностью могут находиться водоемы, их наличие можно будет подтвердить путем бурения.
*Буровые работы на суше
Места для бурения (см. фото) выбираются из тех, которые считаются необходимыми для создания поперечного разреза геологических пластов. Бывают случаи, когда угол, под которым видимые на поверхности пласты простираются под землей, неизвестен, а также бывают случаи, когда разломы не видны на поверхности. Разлом – это место, где пласты прорваны движением земной коры, например, землетрясением. Местоположение разлома невозможно определить только с помощью наземных исследований. Наибольшие проблемы при строительстве туннелей – это вода и разломы. Бурение проводится для определения их местоположения.
Морские исследования невозможно проводить пешком, так как они проводятся на суше. Поэтому сначала проводится акустическая разведка. Сейсмический источник подвешивается к задней части исследовательского судна, а приёмник вибрационных волн плавает за ним. Вибрационные волны от подводных взрывов отражаются и возвращаются морским дном и нижележащими пластами. Это позволяет исследовать подземные сооружения так же, как и на суше. Типичные источники звука включают электрические сигналы и водяную пушку, распыляющую сжатый газ. Сигналы, отражающиеся от каждой границы, регистрируются, и, сопоставляя их с прошлыми образцами, можно определить грубую структуру.
Параллельно с этим проводятся дноуглубительные работы, в ходе которых стальная труба диаметром около 50 см и длиной 3 м опускается на морское дно и протаскивается судном для сбора образцов поверхностных пород. Это делается в том же районе океана, что и акустическая разведка. В общей сложности в Цусимском проливе было проведено около 500 подобных экспериментов. Кроме того, морское бурение проводится в районах, где имеются какие-либо очевидные аномалии или разломы. Бурение с полным керном (керновым бурением) включает в себя установку полой трубы в грунт и извлечение нетронутых образцов подстилающих пород. Эти образцы называются «кернами». При бурении нефтяных скважин или горячих источников цель состоит в том, чтобы просто достичь целевого нефтяного пласта или горячего источника, но в геологических изысканиях цель состоит в извлечении кернов в ходе этого процесса, поэтому требуется осторожность при выемке грунта.
На конце вращающейся трубы находится лопасть, покрытая промышленными алмазами. Итак, если копать 500 м, можно извлечь максимум 500 м керна. Обычно керн извлекают, копая на глубину 3 м. Средний диаметр керна составляет 7,5 см, и сначала используется толстая труба, которая по мере продвижения становится тоньше, поэтому керн тоже постепенно становится тоньше.
При бурении в море используется специально спроектированное для этого исследовательское судно (см. фото). В то время одно из них принадлежало японской компании Tokai Salvage, но было отправлено на слом после исследования японо-корейского туннеля в Цусимском проливе. В море с исследовательского судна натягиваются четыре троса, а на дно закапываются огромные грузы, называемые якорными кольцами, чтобы предотвратить движение судна вперёд, назад или вбок. Когда бурение проводилось в водах корейской стороны у побережья Цусимы, океанские течения были настолько сильными, что один из тросов оборвался. Самое сложное — справиться с движением троса вверх и вниз.
По этой причине буровая установка, установленная на самом судне, спроектирована так, чтобы выдерживать вертикальные перемещения. Она оснащена мощными пружинами для поглощения вертикальных перемещений. У берегов Цусимы, на глубине воды 150 м, потребовалось 40 дней, чтобы прорыть туннель на глубину 500 м ниже морского дна, что соответствует времени, необходимому на суше. После
сбора всех данных и создания геологических карт и других документов, на их основе выбирается маршрут туннеля. С технической точки зрения, это вопросы рельефа, геологии и методов строительства. Разломы и затопления затрудняют строительство и, следовательно, увеличивают его стоимость, поэтому маршрут выбирается таким образом, чтобы проход через максимально устойчивый слой грунта. Однако на практике учитываются и административные условия.
строительные изыскания тоннеля Япония-Корея
Обзор туннеля Япония-Корея
