Liniowa deformacja nieciągła autostrady A4 na obszarze górniczym Halemba

Transkrypt

1 A. KOTYRBA, A. KOWALSKI Liniowa deformacja nieciągła autostrady A4... Mat. Symp. str Andrzej KOTYRBA, Andrzej KOWALSKI Główny Instytut Górnictwa, Katowice Liniowa deformacja nieciągła autostrady A4 na obszarze górniczym Halemba Słowa kluczowe Górnictwo węgla kamiennego, deformacja autostrady, pomiary geodezyjne i geofizyczne Streszczenie Budowa nowych szlaków komunikacyjnych na terenach eksploatacji złóż węgla kamiennego w GZW stwarza różnego rodzaju problemy dla kopalń i utrzymania jakości dróg. Jednym z nich jest zachowanie dopuszczalnych wielkości deformacji powierzchni i usytuowanych na niej obiektów budowlanych. W niecały rok po zbudowaniu autostrady A4 na terenie obszaru górniczego Halemba na jezdniach oraz w przyległym do nich terenie miejsc obsługi podróżnych (MOP Halemba Wirek) wystąpiły deformacje nieciągłe w postaci szczelin i stopni. W efekcie konieczna była wymiana nawierzchni i podbudowy na uszkodzonym odcinku autostrady. Procesy geodynamiczne, które wywołały deformację trwają nadal prowadząc do kolejnego remontu drogi. W pracy przedstawiono kompleksową analizę uwarunkowań geologiczno - górniczych deformacji oraz zgromadzonych danych obserwacyjnych i pomiarowych. Zbiór danych obejmuje wyniki pomiarów geodezyjnych i geofizycznych wykonywanych w okresie budowy autostrady oraz po jej zakończeniu. 1. Wstęp Wykorzystanie i eksploatacja złóż węgla kamiennego w GZW napotyka na coraz więcej ograniczeń związanych ze zmianami funkcji użytkowych powierzchni. Jednym z takich ograniczeń jest budowa nowych szlaków transportowych a w szczególności drogowych w rejonach zagrożonych deformacjami nieciągłymi [4,5,6,7]. Autostrada A4 na Górnym Śląsku na dużym pod względem długości odcinku przecina obszary górnicze kopalń. W odcinku przebiegającym przez południowe dzielnice miasta Ruda Śląska autostrada zlokalizowana jest na obszarze górniczym kopalni Halemba. Tutaj też usytuowane jest Miejsce Obsługi Podróżnych - MOP Halemba-Wirek. Od strony południowej (MOP Halemba) rejon ten wcina się głębokim wykopem w utwory skaliste karbonu tworzące lokalną kopułę. Usytuowany po stronie północnej MOP Wirek wybudowano na poziomie pierwotnej powierzchni terenu. Sama autostrada biegnie tutaj w płytkim wykopie wykonanym w utworach zwietrzelinowych karbonu. Przed budową autostrady w podłożu prowadzona była intensywna eksploatacja wielu pokładów węgla. W odcinku od km do autostrady w zasadzie nie prowadzono eksploatacji ze względu występowanie dyslokacji tektonicznych. W czasie budowy autostrady (lata ) na powierzchnię oddziaływały eksploatacje prowadzone 128

2 WARSZTATY 2009 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie z zawałem stropu głównie w trzech pokładach 415/1, i 504 (na zachodzie) i 416 (na wschodzie). Głębokości eksploatacji zmieniły się od 650m do 820 m. Grubości wybieranych pokładów zmieniały się w zakresie od 2,0 do 3,5 m. Wpływy tych eksploatacji ujawniły się na powierzchni w formie deformacji nieciąłych i doprowadziły do uszkodzeń nawierzchni drogowych obu jezdni autostrady. Ze względu na obecność w tym rejonie dyslokacji tekonicznej geneza uszkodzeń stała się powodem dyskusji między przedstawicielami kopalń i inwestorem, a także polemik naukowych. 2. Charakterystyka deformacji W 2005 r., w niecały rok po zbudowaniu jezdni autostrady A4 na odcinku w km wystąpiły nieciągłości na jezdniach w postaci szczelin i stopni, a także z struktur z nich złożonych. Odcinek, na którym wystąpiły nieciągłości położony jest na terenie MOP-u Halemba Wirek. W terenie przyległym do autostrady i MOPu nieciągłości były zauważone już wcześniej. Wystąpiły one w terenie leśnym na południe od MOPu Halemba oraz na terenie MOPu Wirek (na północ od jezdni autostrady). Uszkodzenia autostrady A4 w km (odpowiednio rys. 2.1 i 2.2) powstały przed sierpniem 2005 r., najpierw w postaci fałdowania jezdni autostradowych, później przekształciły się do postaci stopni i szczelin. Rys Nieciągłość na jezdni południowej A4 kierunek Kraków Fig Discontinuity on southern roadway of A-4 direction Kraków Rys Nieciągłość na jezdni północnej, kierunek Wrocław Fig Discontinuity on northern roadway of A-4 direction Wrocław Geodezyjnie pomierzony, od maja do sierpnia 2005 r., przyrost wysokości sfałdowania wzdłuż jezdni autostrady wynosił: - na południowej (kierunek Kraków) od mm. - na północnej (kierunek Wrocław) od mm. Z końcem sierpnia 2005 r. na południowej jezdni A4 sfałdowania przekształciły się w dwie szczeliny o szerokości 1-2 cm. Kierunek nieciągłości był skośny do osi autostrady, pod kątem około 66 0 (SW-NE). Na ich przedłużeniu w terenie poza jezdniami, skośnie do autostrady występowały szczeliny o szerokości 4-5 cm oraz stopnie o wysokości średnio 7 cm i zrzucie w kierunku wschodnim (rys. 2.3). 129

3 A. KOTYRBA, A. KOWALSKI Liniowa deformacja nieciągła autostrady A4... Rys Szczelina w terenie na północ od autostrady A4 (MOP Wirek) Fig Fissure in soil at place adjacent to roadway A4 from North (Wirek parking) Rys. 2.4.Nieciągłości w lesie na południe od autostrady i MOP Halemba (fot. M. Grygierk) Fig Discontinuity of soil surface in forest to South from roadway and parking place Halemba Wcześniej w 2003r.,w czasie prowadzonego monitoringu, zauważono na terenie leśnym na południe od autostrady występowanie nieciągłości. Były to trzy równoległe szerokie szczeliny, położone w odległościach m, o kierunku SW-NE. Ich długości wynosiły około 100 m, szerokości do 0,5 m, a głębokości do 1,5 m (fig.2.4). Ślady tych nieciągłości były widoczne również na skarpie wykopu pod budowę MOP-u Halemba. Na terenie budowanego MOP-u (po zbudowaniu jezdni autostrady) w maju 2005 r., po obfitych opadach atmosferycznych, wystąpiły nieciągłości, które miały kształt zagłębienia (rowu wzdłuż podziemnej szczeliny), któremu towarzyszyły leje o średnicach ok. 2 m (wsypy szczelinowe). Miejscami w przypowierzchniowej warstwie gruntu widoczne były również szczeliny podobne do uwidocznionej na rys Warunki geologiczne W obrazie szczegółowej mapy geologicznej Polski w skali 1:50 000, wydanej przez PIG [7] w rejonie MOP-u skały karbońskie odsłaniają się na powierzchni terenu (rys. 3.1). Z wierceń wykonanych dla potrzeb dokumentacji geologiczno-inżynierskiej wynika jednak, że począwszy od jezdni autostrady w kierunku północnym w bezpośrednim podłożu pojawiają się utwory czwartorzędowe. Ich miąższość zmienia się od zera w rejonie jezdni autostrady do około m w rejonie na północ od MOP-u w dolinie rzeki Kochłówki, gdzie występują w postaci gruntów wodnolodowcowych wykształconych jako gliny zwałowe i piaski (rys ). Pod względem stratygraficznym stropowe partie karbonu zbudowane są z warstw orzeskich. W karbonie występuje około dwudziestu pokładów węgla kamiennego (rudzkich i siodłowych) zalegających na przemian w warstwach iłowców oraz piaskowców. Strop warstw orzeskich na terenie Mopu-u przecięty jest uskokiem o kierunku SW-NE. Kierunek zrzutu uskoku na szczegółowej mapie geologicznej (rys. 3.1) nie jest zaznaczony. 130

4 WARSZTATY 2009 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie Rys Lokalizacja MOP Halemba-Wirek na szczegółowej mapie geologicznej Fig Location of parking place Halemba Wirek on geological map Rys Legenda do mapy geologicznej Fig Legend to geological map Na mapach dokumentujących złoże węgla kamiennego kopalni w rejonie MOP-u wyróżnione są dwa uskoki nazwane III i IV o zrzutach odpowiednio 20 i 10 m (rys. 3.3). W kierunku północnym (poza terenem MOP) wielkość zrzutu tych uskoków ulega zwiększeniu. Rys. 3.3 Usytuowanie MOP-u Halemba-Wirek na mapie miąższości nadkładu (wg mapy geologicznej nadkładu z dokumentacji złoża węgla) Fig. 3.3 Location of parking place Halemba-Wirek on map of overburden thickness (according to geological documentation of coal deposit) Uskok III występuje w km Uskok IV występuje w km Oba uskoki zrzucają warstwy w kierunku wschodnim. Kąty nachylenia płaszczyzn uskokowych zmieniają się w przedziale od 65 0 do Oba uskoki w kierunku południowym kończą swój bieg w strefie tektonicznej uskoków Kłodnickich. 4. Eksploatacja górnicza Przed budową autostrady, w latach , w analizowanym rejonie prowadzono eksploatację węgla kamiennego w 15 pokładach (16 warstwach) głównie z zawałem stropu. Z uwagi na południkowy przebieg stref uskokowych, eksploatacja koncentrowała się na zachód (partia F) i wschód (partia H) od strefy między uskokami III i IV. W rejonie km autostrady nie prowadzono eksploatacji górniczej. W czasie budowy autostrady (lata ) na powierzchnię oddziaływały eksploatacje prowadzone z zawałem stropu 131

5 A. KOTYRBA, A. KOWALSKI Liniowa deformacja nieciągła autostrady A4... w trzech pokładach 415/1, i 504 (na zachodzie) i 416 (na wschodzie). Głębokości eksploatacji od 650m do 820 m. Grubości wybieranych pokładów zmieniały się od 2,0 do 3,5 m (rys. 4.1). KWK Pokój KWK Bielszowice p. 418 p śc. 1 śc. 2 początek odcinka WD I/2006 III/ KWK Halemba p. 415/1 śc. 5 śc śc. 4 śc MOP III MOP II KP 11 p p WA śc. 10B p śc p. 510/I p. 413/ WA śc. 7B p. 510/III KWK Polska-Wirek KP 15 WD 14 p. 413/ śc. 3C śc. 4C koniec odcinka WA 17 śc. 6 p. 413/ eksploatacja projektowana po r. (przy czym eksploatacja rozpoczęta została w czasie budowy autostrady) p KWK Śląsk Rys Schemat dokonanej eksploatacji w latach w rejonie autostrady A4 Fig Layout of coal exploitation performed in years at area of A4 highway 5. Wpływy dokonanej eksploatacji na powierzchnię terenu Wpływy dokonanych eksploatacji górniczych prowadzonych w latach od 1947 do 2003 określono teoretycznie. Obniżenie powierzchni wzdłuż osi autostrady od km do (między uskokami III i IV) przedstawiono na fig W rejonie MOPu wystąpił "grzbiet niecki", gdzie obniżenia wynosiły około 1,5 m, w kierunku na zachód i wschód obniżenia wzrastały do około 10 m. Oszacowany numerycznie z obniżeń promień krzywizny wypukłej powierzchni miał około 2,5 km. W strefie między uskokami III i IV występowały odkształcenia poziome rozciągające, które się sumowały. W rejonie strefy powstałej nieciągłości wynosiły one od +9,0mm/m do +15,0mm/m. Wrocław uskok III nieciągłość uskok IV Kraków obniżenia, m R ~ 2,5 km -10 ε = 9 15 mm/m Rys Obniżenia powierzchni w osi autostrady A4, w rejonie strefy uskoków III i IV przed rozpoczęciem budowy autostrady, spowodowane dokonaną eksploatacją górniczą Fig Subsidence of surface in highway A4 axis before start of construction works, due to performed exploitation Pomierzone (w ramach prowadzonego monitoringu geodezyjnego) obniżenia autostrady od do r. przedstawiono na rysunku

6 WARSZTATY 2009 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie Rys Obniżenia pomierzone wzdłuż osi budowanej autostrady A4 od do r. Fig Measured subsidence along the longitudinal axis of A4 highway in period from to

7 A. KOTYRBA, A. KOWALSKI Liniowa deformacja nieciągła autostrady A4... Z uwagi na lokalizację MOPu, większość punktów pomiarowych w rejonie pasa autostrady uległa zniszczeniu. Pomimo ich braków, określone za okres od marca 2003 r. do sierpnia 2005 r. obniżenia w rejonie powstałej nieciągłości wynoszą około 0,2 m. Na zachód i wschód od nieciągłości obniżenia odpowiednio wynoszą w km do 2,8 m, a w km do 1,7 m. Oszacowany z obniżeń promień krzywizny, wynosi około 10 km. Prowadzone później pomiary obniżeń jezdni autostradowych, od 30 maja do 30 sierpnia 2005 r., wykazały ich już niewielkie przyrosty, wynoszące mm. Wektory pomierzonych przemieszczeń poziomych punktów na jezdniach autostradowych z rejonu nieciągłości wynosiły od 26 do 57 mm, były skierowane na północ i północny-zachód, w kierunku do prowadzonej eksploatacji w pokładach 415/1 i 504 (porównaj fig. 4.1). Oszacowane obliczeniowo wartości odkształceń poziomych spowodowanych dokonaną eksploatacją od połowy 2002 r. do sierpnia 2005 r. wynosiły około +1,8 mm/m. Przy przyjęciu proporcjonalności między wartościami pomierzonych obniżeń w osi autostrady w okresie budowy (0,2 m), do pomierzonych po zbudowaniu jezdni autostradowych (0,07 m), oszacowane wartości odkształceń poziomych konstrukcji autostrady były rzędu +0,6 mm/m. 6. Badania geofizyczne w trakcie budowy autostrady Badania geofizyczne są jedną z technik stosowanych do charakterystyki stref naruszenia warstw genezy geologicznej i górniczej [1,2,3,4]. Pierwsze pomiary geofizyczne na terenie MOP-u (I-a seria) w rejonie uskoków III i IV wykonywano w warunkach dużego zaawansowania robót ziemnych na trasie A-4 (październik 2003 rok). W terenie wytyczona była jedynie oś planowanej autostrady, do której dowiązano lokalizację profili geofizycznych. Autostrada na tym odcinku jest w wykopie, który stanowi część rozległego obszarowo rozcięcia wyniesienia morfologicznego zbudowanego ze skał karbońskich (rys. 3.1). Pomiary geofizyczne wykonywano w okresie dużych opadów deszczu. Z tego względu przypowierzchniowe warstwy gruntu były zawodnione. Spowodowało to uplastycznienie i lokalne upłynnienie występujących w tym rejonie glin. Na południowym pasie projektowanej autostrady usypana była tymczasowa pryzma gruntu budowlanego o wysokości około 10 m. Warunki powierzchniowe predysponowały zastosowanie do badań tego rejonu głównie metody elektrooporowej. Ze względu na niemal zerową miąższość osadów czwartorzędowych w podłożu autostrady rejonu utwory karbońskie odsłaniały się w wykonanym wykopie. Z wierceń geologicznych wynika, że ich strop zbudowany jest z gliniastej zwietrzeliny iłowców. Pomiary geofizyczne metodą dwupoziomowych profilowań elektrooporowych wykonano na trzech profilach o symbolach P1, P2 i P3, usytuowanych równolegle do osi autostrady w km (rys. 6.1 i 6.2). W pomiarach zastosowano symetryczne układy Schlumbergera o rozstawach A10M5N10B i A30M5N30B. Zapewniały one penetrację górotworu na szacunkowych głębokościach odpowiednio około 5 i 13 m ppt. Odległości pomiędzy punktami na profilach wynosiły 5 m. Dane pomiarowe były silnie zróżnicowane (duże gradienty zmienności pozornego oporu elektrycznego pomiędzy poszczególnymi punktami) w przedziale wartości od 60 do 140 omm dla układu o głębszym zasięgu, i przedziale od 50 do 110 omm dla układu o płytszym zasięgu. Zróżnicowanie to wynika ze zmienności stopnia zwietrzenia skał w poszczególnych rejonach badanego obszaru. Wyższe wartości pozornego elektrycznego oporu właściwego są charakterystyczne dla skał mało zwietrzałych. Z tego względu dane pomiarowe poddano filtracji. 134

8 WARSZTATY 2009 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie Wyniki badań w postaci poziomych rozkładów wartości elektrycznego oporu właściwego skał podłoża (po filtracji) na poszczególnych głębokościach przedstawiono na rys. 6.1 i rys Ich analiza wskazuje, że układ o płytszym zasięgu głębokościowym penetrował głównie warstwę zwietrzałych iłowców. Wskazuje na to relatywnie niższy poziom wartości oporu elektrycznego aniżeli rejestrowany układem o głębszym zasięgu. Rys Izoomy poziome zarejestrowane w gruntach przypowierzchniowych w I -ej serii pomiarów na odcinku w km Fig Iso-ohm contours registered in subsurface soil during I st series of resistivity measurements at segment in km W rozkładzie izoom tego układu, strefa dyslokacyjna uskoku zaznacza się jako anomalia niskooporowa. W interpretacji przyjęto, że jest ona wywołana drenażem wód z partii zwietrzelin do szczelin w obrębie głębszego, skalnego podłoża. Rozkład wartości pozornych elektrycznych oporów właściwych skał w głębszych warstwach podłoża przedstawia rys W obrazie rozkładu izoom przedstawionym na tej figurze, uskok dzieli podłoże badanego obszaru na część wyżej oporową o wartościach rzędu 100 i więcej omm (po stronie zachodniej stronie) oraz część niżej oporową (po wschodniej stronie) o wartościach rzędu 80 i mniej omm. Obraz izoom na tej głębokości zaburzony jest dodatkowo obecnością wychodni różnych litologicznie (i pod względem własności elektrycznych) warstw utworów karbońskich. W centralnej części badanego obszaru od strony zachodniej w podłożu zalega wychodnia warstwy piaskowców (wartości oporu rzędu 130 omm). Z kolei w południowej części badanego obszaru pas podwyższonych wartości oporu elektrycznego skręca na wschód. Z tego względu w tym kierunku poszerzono przebieg strefy dyslokacyjnej w stosunku do określonego z analizy danych zarejestrowanych układem o płytszym zasięgu. Jest możliwym, że taki kształt strefy dyslokacji wynika z obecności w podłożu pojedynczej szczeliny, odchodzącej od głównej płaszczyzny zrzutu w kierunku południowo-wschodnim. Położenie strefy dyslokacyjnej określono na podstawie kompleksowej analizy danych geologiczno-górniczych i geofizycznych. Ostatecznie przyjęto, że główna płaszczyzna uskoku przecina oś autostrady w km natomiast szczelina boczna w km Z analizy danych wynikało, że lokalnie w rejonie płaszczyzny uskokowej występują rozwarte szczeliny. W strefie 135

9 A. KOTYRBA, A. KOWALSKI Liniowa deformacja nieciągła autostrady A4... głębokościowej 0 5 m ppt są one zakolmatowane (wypełnione) gruntem ilastym z wtrąceniami cząstek pylastych i piaszczystych. Z analizy danych geofizycznych wynikało, że w głębszym biegu szczeliny nie są wypełnione materiałem gruntowym. Rys Izoomy poziome zarejestrowane w utworach skalnego podłoża w I-ej serii pomiarów na odcinku w km Fig Iso-ohm contours registered in bedrock during Ist series of resistivity measurements at segment from km to km Badania geofizyczne po wybudowaniu autostrady Powodem kontynuacji badań geofizycznych rejonu uskoku III (serie pomiarowe II i III) w 2005 roku były uszkodzenia konstrukcji jezdni (powstanie nieciągłości). Były zlokalizowane w odległości około 85 m na wschód od wyznaczonej linii uskoku III. Badaniami objęto odcinek obejmujący zarówno rejon pomiarów I-ej serii jak i rejon obserwowanych uszkodzeń nawierzchni w rejonie kładki, o długości 200 m. Lokalizację badań uwidoczniono na rys Badania wykonano metodą wielopoziomowych profilowań elektrooporowych (WPE) oraz zdjęć georadarowych (GPR). Zbiór danych z pomiarów elektrooporowych był silnie zróżnicowany zarówno pod względem wartości oporu elektrycznego jak i przestrzennego położenia charakterystycznych punktów anomalnych, które można było przypisać elementom nieciągłości podłoża. Z powyższych powodów utworzono zbiór danych obejmujący różnice wartości oporu elektrycznego w poszczególnych punktach II i III-ej serii pomiarowej. Różnice te wyrażono w procentach wartości oporu II-ej serii a następnie zestawiono w postaci map izoom poziomych (poziome rozkłady oporu elektrycznego). Wyniki takiego przetworzenia i prezentacji danych uwidoczniono na fig. 14. W zastosowanej skali kolorów ciemniejsze odcienie wskazują rejony, w których nastąpiło obniżenia wartości oporu elektrycznego. Jasne odcienie wskazują rejony, w których nastąpił przyrost wartości oporu elektrycznego. Na obu przekrojach wyróżniono izolinię o wartości +2%. Analizując obrazy różnicowe pod względem ilościowym (amplituda i znak zmian oporu) przedstawione na rys. 7.2 można zaobserwować, że w głębszych partiach górotworu nastąpiły znacznie większe zmiany wartości oporu aniżeli 136

10 WARSZTATY 2009 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie w płytszych. Potwierdza to wniosek z interpretacji wyników I-ej serii pomiarów, że w głębszych partiach podłoża istnieją rozwarte szczeliny niewypełnione materiałem gruntowym pochodzącym z nadkładu, czego efektem jest relatywnie większy opór elektryczny górotworu. Rys Lokalizacja badań geofizycznych w roku 2005 na zdjęciu satelitarnym (1- profile pomiarowe, 2- uskoki, 3 nieciągłość (próg) w jezdniach A4) Fig Location of geophysical measurements in the year 2005 on satellite image background (1- measurement profiles, 2- faults, 3- discontinuity in asphalt roadways) W obrazie horyzontalnym rozkładu zmian oporu przypowierzchniowej warstwy podłoża (górna cześć fig. 14) zarówno położenie uskoku III jak i progu wykazują korelację z biegiem i kształtem izolinii procentowych zmian. Jednak tylko linia uskoku jest granicą obszarów o różnym znaku zmian wartości oporu (na zachód - obniżenia wartości oporu, na wschódprzyrosty wartości oporu). Strefa nieciągłości - progu uwidacznia się w tym obrazie jako nieregularnej szerokości pas, w którym przyrosty wartości oporu były większe od 4%. 137

11 A. KOTYRBA, A. KOWALSKI Liniowa deformacja nieciągła autostrady A4... Rys Mapy zmian pozornego elektrycznego oporu właściwego (wyrażonych w procentach) pomiędzy pomiarami serii III i II (płytsze podłoże górna cześć, głębsze podłoże dolna cześć). Fig Maps of soil and rock apparent resistivity changes (expressed as a percentage of initial values) between III and II measurement series (upper image subsurface soil, bottom image bedrock) Szerokość tego pasa jest większa po stronie północnej (jezdnia w kierunku Wrocławia) aniżeli po stronie południowej (jezdnia w kierunku Krakowa). Gdyby przyjąć, że strefa dyslokacji to rejon, w których nastąpił wzrost wartości oporu elektrycznego, to po stronie północnej ma ona długość około 100 m, a po południowej około 80 m. Szczegółowy obraz struktury korpusu drogi oraz jej bezpośredniego podłoża otrzymano z badań geofizycznych metodą georadarową. W pomiarach tych zastosowano monostatyczną antenę nadawczo-odbiorczą o częstotliwości nośnej 500 MHz. Głębokościowe sekcje radarowe zarejestrowane na pasach poboczy jezdni północnej i południowej przedstawiono na rys. 7.3 i 7.4. Na obu rejestracjach odfiltrowano numerycznie odbicie powierzchniowe (od asfaltu). Obie rejestracje są zaburzone silnym powierzchniowym odbiciem od konstrukcji kładki. Na sekcjach można wyróżnić jedynie jeden quasipoziomy horyzont refleksyjny, który najprawdopodobniej odpowiada położeniu granicy pomiędzy podbudową drogi a rodzimym podłożem (na głębokości od 1 do 1,8 m). W rejonie progu na sekcjach można wyróżnić kilka horyzontów refleksyjnych o przebiegu ukośnym (wyróżnione kolorem czerwonym). Przechodzą one przez warstwę podbudowy do warstwy gruntu rodzimego podłoża. Horyzonty te mają przeciwstawne kąty upadu. Biorąc pod uwagę przewyższenie skali pionowej na sekcjach (2:1) nachylenie tych horyzontów jest niewielkie. Kąty upadu zmieniają się przedziale Tak małe kąty zapadania horyzontów refleksyjnych pozwalają sądzić, że ich pochodzenia należy raczej upatrywać w zjawiskach ścięcia gruntów budujących podłoże autostrady aniżeli w spękaniach genezy tektonicznej. Za hipotezą tą dodatkowo przemawia fakt, że powierzchni nieciągłości jest kilka i mają przeciwne upady. Położenie strefy, w której 138

12 WARSZTATY 2009 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie obserwuje się te horyzonty, dobrze koreluje z wynikami badań elektrooporowych. Największe czasowe zmiany oporu elektrycznego podłoża zarejestrowano w warstwie przypowierzchniowej o porównywalnej grubości z warstwą penetrowaną radarem. Rys Nieciągłości w podłożu północnego pobocza jezdni A4 (kierunek Wrocław) w rejonie progu w obrazie głębokościowej sekcji radarowej Fig Substrate discontinuities in northern shoulder of A4 roadway (direction Wrocław) at area of sill in GPR image (depth section) Rys Nieciągłości w podłożu południowego pobocza jezdni A4 (kierunek Katowice ) w rejonie progu w obrazie głębokościowej sekcji radarowej Fig Substrate discontinuities in southern shoulder of A4 roadway (direction Katowice) at area of sill in GPR image (depth section) Przedstawiona interpretacja wyników badań georadarowych, nie jest tak jednoznaczna jak badań elektrooporowych, wyników monitoringu geodezyjnego autostrady oraz obliczonych deformacji powierzchni. Nie mniej jednak, z przedstawionych analiz wynika, że: - przed budową autostrady jej podłoże doznało znacznych deformacji, zwłaszcza odkształceń poziomych o charakterze rozciągania oraz krzywizn wypukłych, które były rzędu granicznych IV i V kategorii terenu górniczego, - w okresie budowy autostrady jej podłoże ulegało odkształceniom poziomym wartości I-i II kategorii terenu górniczego, 139

13 A. KOTYRBA, A. KOWALSKI Liniowa deformacja nieciągła autostrady A powstała nieciągłość ma związek z deformacjami o charakterze rozciągania, które wystąpiły w rejonie największych poziomych rozciągań około 85 m na wschód od wychodni uskoku III, a nie na wychodni! 8. Podsumowanie Budowa nowych szlaków komunikacyjnych na terenach złóż węgla kamiennego w GZW powoduje istotne ograniczenia w wykorzystaniu ich zasobów. Predykcja i kontrola poeksploatacyjnych deformacji na terenach, w których masyw skalny odsłania się na powierzchni jest niezwykle trudna, gdyż dominującymi stają się deformacje nieciągłe warstw skalnych nadkładu. Skutecznych i tanich zabezpieczeń obiektów drogowych na tego typu odkształcenia praktycznie nie ma. Analiza wyników badań terenu MOP Halemba -Wirek oraz historii dokonanej eksploatacji podziemnej w jego rejonie i towarzyszących jej deformacji powierzchni pozwalają na następującą charakterystykę procesów zachodzących w górotworze: - Wytworzenie strefy poziomego rozciągania w górotworze a na powierzchni niecki obniżeniowej o wypukłej krzywiźnie spowodowało w karbońskim masywie skalnym powstanie nieciągłości (szczeliny, a także stopnia), o biegu diagonalnym przez MOP Halemba-Wirek już w 2003 r. - Zachodzące w czasie budowy autostrady (lata ) deformacje podłoża a w szczególności odkształcenie poziome i krzywizny o tym samym charakterze, co wcześniejsze spowodowały aktywację istniejącej w górotworze nieciągłości, a w 2005 r. w czasie budowy MOPu, powstanie nieciągłości na jezdniach. - W II półroczu 2008 r., w miejscu naprawionej w 2006r. nieciągłości, korpus autostrady nadal ulega odkształceniom nieciągłość aktywizuje się, pomimo braku prowadzonej eksploatacji górniczej. Przedstawiony przykład wytworzenia nieciągłości, jej genezy i aktywizacji jest znaczącym doświadczeniem, w zakresie poznawania kształtowania się tego typu nieciągłości, możliwości ich prognozowania oraz skuteczności podejmowanych zabezpieczeń infrastruktury drogowej. Referat opracowano w ramach realizowanego w Głównym Instytucie Górnictwa w latach projektu badawczego własnego nr N /2783. Literatura [1] Kotyrba A. 2002: Georadarowa diagnostyka podłoża górniczego z uwzględnieniem deformacji nieciągłych. Materiały II Konferencji nt. Szkody Górnicze w infrastrukturze kolejowej. SIiTK Oddział Katowice, Wisła. [2] Kotyrba A., Kłosek K. 2000: Georadarowa diagnostyka konstrukcji oraz podłoży dróg samochodowych i kolejowych. Mat. Konf. NT p.t. Problemy modernizacji i naprawy podtorza kolejowego, Wrocław-_Żmigród, [3] Kotyrba A. 2006: Analiza metod kartowania nieciągłości tektonicznych w kontekście wyników badań uskoku III w podłożu autostrady A4 w rejonie Kochłowic (O.G. Halemba), Prace Naukowe GIG. Górnictwo i Środowisko, Seria specjalna. Bezpieczeństwo obiektów budowlanych na terenach górniczych - szkody górnicze, Katowice, [4] Kotyrba A. 2006: Badania geofizyczne w ustalaniu warunków geologiczno-inżynierskich terenów górniczych i pogórniczych. Biuletyn Informacyjny Geofizyka nr 1/2006 (3). PBG. Warszawa,

14 WARSZTATY 2009 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie [5] Kowalski A. 2005: O liniowych nieciągłościach powierzchni. Bezpieczeństwo Pracy i Ochrona Środowiska w Górnictwie. Miesięcznik Wyższego Urzędu Górniczego nr12, Katowice, [6] Kowalski A. 2007: Nieustalone górnicze deformacje powierzchni w aspekcie dokładności prognoz. Katowice, Prace Naukowe GIG. Seria Studia Rozprawy Monografie, Nr 871, Katowice. [7] Kowalski A. (red.) 2009: Ocena zagrożenia powierzchni liniowymi deformacjami nieciągłymi spowodowanymi podziemną eksploatacją górniczą. Sprawozdanie końcowe z projektu badawczego własnego nr N /2783. Główny Instytut Górnictwa, Katowice, (praca niepublikowana). [8] Szczegółowa mapa geologiczna Polski w skali 1: arkusz M34-62B (Zabrze). Państwowy Instytut Geologiczny, Warszawa, Linear discontinuous deformation of A-4 highway on mining lease area Halemba Key words Hard coal mining, highway deformation, surveying and geophysical measurements Summary Building of new communication routes on the terrains of hard coal exploitation at area of the Upper Silesia Coal Basin creates various problems for mines and quality of roads. One of them is the maintenance of proper deformation parameters of the surface and construction objects. Less than one year after construction works of A4 highway were completed, at the mining lease area Halemba in roadways and field surface adjacent to them (parking place Halemba - Wirek) had occurred discontinuous deformations in form of fissures and sills. There were also observed complex structures composed of flexures and fissure slots. As a result of damages it was necessary to exchange the surface and substructure layers of roadways. Geodynamic processes which caused the highway deformation still go on and lead to next renovation of road. In the paper complex geological and mining conditions are analyzed. The analysis is done on the base of geodetic and geophysical measurements being performed in period covering the phases of highway construction and further exploitation. Przekazano: 4 czerwca 2009 r. 141