Совершенно иной принцип лежит в основе создания мерзлотных завес. Здесь в грунт ничего не вводят, все остается на месте: и грунтовые частицы, и вода в порах между ними. Но воду по трассе противофильтрационной завесы замораживают и лед преграждает путь потоку подземной воды. Казалось бы, идеальный вариант, никаких материальных затрат, кроме энергии перевода воды из жидкого состояния в твердое. Но именно эти затраты столь значительны, что мерзлотные завесы — одни из самых дорогостоящих. Вместе с тем этот метод почти независим от геологических условий, он может применяться и в скальных породах, и в песчаных и глинистых грунтах. Именно поэтому его продолжают широко применять в городском подземном строительстве, особенно при строительстве метрополитенов.
В 60–70-е годы в практику строительства интенсивно входит новый метод, получивший название «стена в грунте». Это — метод не только противофильтрационный защиты выработок, но и строительства самих подземных сооружений.
Суть метода проста: в грунте делают глубокую узкую траншею с вертикальными гранями и заполняют ее материалом с нужными свойствами, получая стену в грунте. Главная задача при этом — обеспечение устойчивости граней траншеи при ее выемке и заполнении. Она решается использованием глинистого раствора, заполняющего траншею в течение всего процесса возведения стены.
Бурение скважин с промывкой глинистым раствором, обеспечивающим устойчивость стенок скважин практически в любых породах, известно давно. Давно освоили и бетонирование таких скважин для устройства свай. Но лишь в 50-х годах австрийский инженер К. Федер догадался сдвинуть эти сваи вплотную и построить вместе со специалистами итальянской строительной фирмы ИКОС первую бетоносвайную стену в грунте. В дальнейшем противофильтрационные стены-завесы, состоящие из ряда секущихся (с перекрытием сечения) свай диаметром 600–800 мм, были построены в разных странах, в том числе и в СССР.
Сооружение таких завес производится с помощью ударного бурового станка. Преимущество этой технологии — в возможности сооружать завесы в тяжелых грунтовых условиях, например в галечниках. Но производительность этого способа довольно низкая, а стоимость высокая. Кроме того, стена-завеса имеет много швов, что может отразиться на качестве завесы. Поэтому естественным был переход, во-первых, от свай к траншеям, а во-вторых, от ударного бурового станка к механизмам с большей производительностью.
Установив на опыте, что глинистый раствор обеспечивает устойчивость не только цилиндрических ч стенок скважин, но и плоских вертикальных граней траншей, разные организации и фирмы во многих странах стали применять для проходки траншей самое разнообразное оборудование: вращательные буровые станки на движущейся вдоль траншеи платформе, одноковшовые и многоковшовые экскаваторы, грейферы — словом, любое имевшееся оборудование, способное извлечь грунт из траншеи. И, наконец, разработали специализированное оборудование для проходки узких глубоких траншей, работающее по принципу либо бурения, либо копания. Одновременно разрабатывались и разные методы заполнения траншей различными материалами — бетоном, глиной, заглинизированным при проходке траншеи грунтом. Пионером этих работ в СССР был трест Гидроспецстрой.
Одновременно с разработкой технологии и средств механизации был сделан еще один решающий шаг: расширение функционального назначения стен в грунте. Они стали не только противофильтрационными завесами, но и несущими конструкциями — стенами подземных сооружений и фундаментами (рис.68).
В 70-х годах несущие стены в грунте, одновременно выполняющие противофильтрационные функции, по широте использования в городском строительстве обогнали чисто противофильтрационные завесы этого типа.
Все рассказанное выше позволяет получить представление о достаточно больших возможностях современной техники, способной преодолеть трудности борьбы с водой при подземном строительстве. Но строительство — это только начало взаимоотношений с подземными водами, они продолжаются при эксплуатации готовых сооружений. Сюда входят задачи гидроизоляции подземных сооружений, создания и многолетней работы дренажных систем. С этими задачами техника также успешно справляется. Ведь, находясь, например, в метро, мало кто имеет повод задуматься над тем, что он спустился не только под землю, но и под воду.