Подземный город. Как в Петербурге прокладывают канализацию
Особенности геологического строения в черте Петербурга волей-неволей познают на деле многие специалисты. Про переувлажненные грунты, зыбкие плывуны, болотисто-озерные отложения ила и песка метростроевцы могут прочесть целую лекцию. Все эти факторы мешают освоению подземного пространства. Тем не менее у нас под ногами целый клубок городских коммуникаций разного назначения. А общая протяженность тоннельных коллекторов диаметром от 1,2 до 4,9 метра, по которым текут сточные воды, составляет без малого 300 км. Все это было бы невозможно без особых технологий.
ФОТО из архива ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга»
Каверзные грунты
С каверзным характером городского подземелья сталкиваются, конечно, не только петербуржцы. Есть в мире и другие города, возникшие в заболоченной местности, где строители продираются через хлипкие, насыщенные влагой грунты. И ничего, воздвигают прочные здания и мосты, развивают подземный транспорт. Но Петербург все же особенный город. С точки зрения геологических условий его трудно сравнить с любым другим мегаполисом, где подземные «этажи» также насыщены коммуникациями. Осваивать недра, однако, здесь труднее еще и из‑за обилия рек и каналов. Да и шагу не ступишь, чтобы не наткнуться на архитектурные шедевры, объекты всемирного наследия ЮНЕСКО.
Эти резоны нужно учитывать при сооружении новых сетей и реконструкции старых — к подобной работе петербуржцы предъявляют особые требования. Причем тоннельные коллекторы им приходится прокладывают порой на большой глубине. А сточные воды — поднимать на очистку при помощи мощных насосов, поясняют специалисты ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга». По их словам, коллекторы глубокого заложения — основные ходы-магистрали, построенные методом щитовой проходки, своего рода подземные русла. Эта городская система представляет собой комплекс связанных между собой инженерных сооружений, которые принимают от потребителей сточные воды, переносят их на большие расстояния, очищают и сбрасывают уже без вредных примесей и осадка, идущего на утилизацию, в Неву.
В Петербурге применяется комбинированная схема. На значительной (70 %) территории города действует общесплавная канализация, куда поступают хозяйственно-бытовые, промышленные и поверхностные воды. Через канализационные колодцы, камеры и шахты эти воды, собранные по сетям, уходят в коллекторы и далее на очистку. А в некоторых местах (в новостройках и пригородах) дождевые и талые воды собирают отдельно от других стоков.
Три бассейна
Вся территория Петербурга разбита на три крупных бассейна канализования: Северный (50 % территории города), Центральный (35 %) и Южный (15 %). Ну а те в свою очередь сформированы по площади водосбора, привязанной к крупным объектам очистки. Общий объем стоков в городе, очищаемых перед сбросом в водные объекты, — около 2,2 млн кубов в сутки. И весь этот поток переносит «паутина» коллекторов (279,2 км) разных диаметров, залегающих на глубине до 90 метров. То есть почти на 20 метров глубже, чем станции петербургского метро «Приморская» или «Чернышевская», и на четыре метра ниже самой глубокой в России станции — «Адмиралтейской»…
Любопытная деталь: работы по строительству Ленинградского метрополитена возобновились в 1947 году, и тогда же было принято решение о создании в городе канализационных тоннелей. Сооружать их принялся трест «Подземканалстрой», куда вошла Контора щитовых проходок. Первые тоннели прокладывали на сравнительно небольших глубинах — от 10 до 18 метров — в неблагоприятных грунтах, натыкаясь на плывуны и водоносные супеси. Тоннельные коллекторы тянули тогда вдоль Фонтанки и Мойки, вдоль канала Грибоедова и Обводного канала, под улицами и вблизи жилых массивов.
Но сложные гидрогеологические условия вынуждали искать новые способы работ, переходить на щитовую проходку тоннелей под сжатым воздухом (кессонную). Диаметр щита чуть превышал тогда два метра, а сборку колец и разработку грунта проходчики вели вручную. Причем из‑за высокой стоимости этих работ коллекторы строили в одну нитку — без дублирования и закольцовок. И очистку стоков в Ленинграде долгие годы вообще не вели. Каждые сутки город напрямую сбрасывал в Неву около 3,5 млн кубометров сточных вод, вливавшихся в Финский залив. А средний расход Невы (объем воды, протекающей через поперечное сечение русла), одной из самых полноводных рек России, между прочим, 2,5 тыс. кубов в секунду.
Считалось, что Нева с ее мощным течением за счет механизма самоочищения способна сама устранять загрязнения. То бишь вредные компоненты — такие как фосфор и азот, ведущие к деградации водных экосистем и вызывающие эвтрофикацию (цветение) водоемов…
Перелом наступил только в 1978 году, когда в Ленинграде была введена в строй первая очередь Центральной станции аэрации, обеспечившая очистку 27 % городских стоков. Начало было положено. На сегодняшний день в Петербурге действуют 23 комплекса по очистке (механической, биологической и химической) сточных вод. Самые крупные из них — Центральная и Северная станции аэрации, а также Юго-Западные очистные сооружения.
Плывуны не помеха
Профессионалы отмечают при этом две важные тенденции. Благодаря внедрению систем учета воды, снижению ее потерь при транспортировке и применению водосберегающих технологий объемы стоков снижаются. А сами поверхностные стоки по разным причинам (увеличение застраиваемой площади города, потепление климата и т. д.), напротив, растут. Что подтверждают данные 34 автоматических дождемеров, установленных по всему городу.
Приток сточных вод в разных частях города при обильных (сверхрасчетных) дождях может быть неравномерным: один бассейн водоотведения окажется перегружен, а другой задействован не на полную мощь. Чтобы этого избежать, «Водоканал» выравнивает между ними нагрузку, рассказали его сотрудники.
А тоннельные коллекторы позволяют управлять дождевыми стоками (за счет буферных объемов) и перебрасывать их из одного бассейна в другой в самотечном режиме. Или с помощью щитовых затворов, оснащенных ручными и электрическими приводами (управление ими ведется дистанционно), а также насосных станций…
Словом, роль этих коммуникаций трудно переоценить. И прокладывать их в настоящее время можно (после инженерных изысканий, лабораторного исследования грунтов и проектирования), несмотря на сложные гидрогеологические условия. Среди супесей и суглинков, обводненных грунтов и горизонтов с водоносными мелкодисперсными песками (плывунами).
«Тяжелая» геология и сегодня вынуждает использовать при тоннельном строительстве в Петербурге все доступные технологии и методы. А именно: шпунтовое заграждение штолен и шахт, буросекущие сваи, искусственную заморозку грунтов, метод струйной цементации и др. Но, чтобы обеспечить надежную работу коллекторов, нередко приходится «нырять» на значительные глубины — в более устойчивые (кембрийские) грунты. Так, обходя зону размыва в районе Арсенальной набережной, дюкерную часть Главного канализационного коллектора (ГКК) специалисты проложили на предельно возможной, до 90 метров, глубине. Это удорожает подъем сточных вод, говорят они, но гарантирует безопасную эксплуатацию.
Точки на карте
Проходка в кембрийских глинах механизирована. При строительстве коллекторов применяют тоннелепроходческие механизированные комплексы разного типа. Они незаменимы при проходке и выемке грунта, креплении забоя, работах по обделке тоннеля (укреплению их стен), нагнетании раствора и т. д.
Подрядчики используют и другую технологию: при сооружении коллекторов и тоннелей прокладывают трубы закрытым способом с помощью микротоннелепроходческого комплекса. Это бестраншейный метод прокладки, не требующий присутствия в выработке людей. Трубу при этом продавливают сквозь грунт — от одной домкратной станции до другой — на 100 – 120 метров. А если применять промежуточные станции, то и на большие расстояния.
При строительстве Охтинского коллектора (точнее, ствола шахты), первый этап которого завершился в марте прошлого года, был использован робот-разрушитель. Эта мощная техника ведет раскопку за счет ударов, сила и частота которых позволяет в разы увеличивать скорость работ. А при строительстве ГКК подрядчик применил щит компании Herrenknecht. Это облегчило прохождение сложного отрезка второй нитки коллектора — от Арсенальной улицы до площади Ленина.
Обделку тоннельных коллекторов подземщики выполняют из прочных тюбингов (элемент сборного крепления) и железобетонной рубашки. А от вредного воздействия сточных вод (коррозия разрушает рубашку и арматуру) такие конструкции защищают футеровки и покрытия из композитных материалов. Когда же прокладывают тоннели диаметром 2 – 2,5 метра, используют железобетонные трубы с внутренней защитной футеровкой из прочных полимеров.
Проектируют трассы вдоль рек и каналов, под городскими магистралями и промышленными зонами. На выбор трассы влияют перспективы застройки той или иной части города и наличие под землей инженерных коммуникаций. А также экономическая целесообразность этих работ и требования, касающиеся безопасной эксплуатации объектов.
Конструкцию тоннеля, его диаметр и способ строительства проектировщики выбирают не только исходя из гидрогеологических характеристик намечаемой трассы. Они еще держат в уме планируемые объемы транспортировки сточных вод, карту переключаемых сетей и прямых выпусков.
Лента под Кушелевкой
В ходе проектных работ специалисты также определяют, как восстанавливать эти подземные русла, рассчитанные на существенный (более полувека) срок службы, или отдельные их участки. Коррозия и абразивные частицы со временем стирают лотковую часть коллектора, а газовая коррозия негативно влияет на защитный слой и арматуру. Ремонтировать изношенные конструкции без сброса неочищенных сточных вод в водоемы можно благодаря кольцующим и дублирующим коллекторам. А мониторинг «самочувствия» всей этой сложной подземной системы ведет один из «водоканальных» филиалов.
Впрочем, наука и техника на месте не стоят. Увеличивать срок службы коллектора и снижать затраты на его обслуживание сегодня позволяют разные новшества. Так, «молодой» Охтинский коллектор оснащен щитом из суперпрочного полимера. А при реконструкции Выборгского коллектора в районе железнодорожной станции Кушелевка и участка коллектора по Товарищескому проспекту была использована спирально-навивная технология. Суть этого метода — в создании новой герметичной трубы внутри действующего тоннеля. Пластико-стальную ленту навивают по спирали внутри трубы, повторяя геометрию тоннеля.
Для повышения надежности системы тоннельных коллекторов с 2003 года «Водоканал» реализует в Петербурге соответствующую программу. Она предусматривает кольцевание действующих коллекторов и установку на них щитовых затворов, строительство дублеров и т. д.
ПРЯМАЯ РЕЧЬ
Ольга РУБЛЕВСКАЯ, директор департамента анализа и технологического развития водоснабжения и водоотведения ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга»:
— Вряд ли стоит подробно рассказывать о масштабной работе, благодаря которой уровень очистки сточных вод в Петербурге, находившийся на нулевой отметке, вырос до 99,6 %. По этому показателю наш город входит сегодня в число самых чистых мегаполисов. Итоги выполнения этой многолетней программы не раз звучали на разных форумах и совещаниях. Напомню только, что ее реализация соответствует обязательствам России, принятым в рамках Хельсинкской конвенции по защите морской среды Балтики (ХЕЛКОМ). Ведь речь идет о полном прекращении к 2030 году сброса неочищенных стоков в Неву, а значит, и в Балтийское море.
На достижение этого результата нацелены многие наши проекты. После того как в 2013 г. был завершен один из них («Продолжение главного коллектора канализации северной части Санкт-Петербурга»), нам удалось прекратить сброс в Неву более 330 тыс. кубометров неочищенных сточных вод в сутки.
Следующий знаковый проект — сооружение Охтинского коллектора. Благодаря ему было переключено 19 прямых выпусков и прекращен сброс в Охту около 4,3 млн кубометров неочищенных стоков, которые направляются теперь на очистку на Северную станцию аэрации (ССА).
За последние двадцать лет в систему канализации переключено в целом более 300 прямых выпусков неочищенных стоков. В городе появляются новые тоннельные коллекторы, обновляются прежние. Так, в ходе реконструкции дождевой канализации в районе Муринского парка были построены два перехватывающих коллектора диаметром 1,2 метра, 16 постоянных и восемь временных камер.
Второй этап реконструкции тоннельного коллектора (905 метров), проходящего от Большого Конюшенного моста вдоль набережной реки Мойки, завершился в декабре прошлого года. На первом этапе этих работ был обновлен участок (413 метров) коллектора — от набережной реки Фонтанки у Инженерного замка до пересечения набережных канала Грибоедова и Мойки.
Между тем на ПМЭФ-2022 было подписано соглашение о строительстве второй нитки главного коллектора (это первый этап работ), ведущей на севере города к ССА. Данная станция принимает стоки со значительной части города, где живут около 2,5 млн человек. Вода поступает туда по коллектору с глубиной заложения до 57,3 метра. Участок тоннельного канализационного коллектора (ТКК) от ССА до Кантемировского моста, построенный 37 лет назад в одну нитку, нуждается в реконструкции. А кроме того, из‑за растущих осадков сети уже не справляются с нагрузкой и в городе возникают скопления воды.
Строительство второй нитки на этом участке позволит выполнить ремонтные работы на ТКК, создать дополнительный буферный объем на случай сверхрасчетных дождей и приведет к бесперебойной подаче стоков на ССА во время их выпадения. Словом, строительство второй нитки обеспечит как социальный (надежное и бесперебойное водоотведение), так и экологический эффект. При этом, чтобы минимизировать число скоплений воды при сверхрасчетных дождях, «Водоканал» внедряет автоматизированную систему управления водоотведением.
Материал опубликован в газете «Санкт-Петербургские ведомости» № 140 (7223) от 02.08.2022 под заголовком «Ходы в подземелье».
Комментарии