Одна из важнейших особенностей города – его расположение на стыке Зауральского горного пенеплена и Западно-Сибирской континентально-морской аккумулятивной равнины (Челябинск стоит на берегу древнего океана Тетис и на склоне древних Уральских гор), в зоне сочленения двух структур: Восточно-Уральского поднятия и Восточно-Уральского прогиба.

Сочленение поднятия с прогибом происходит по крупному тектоническому шву Челябинской тектонической зоны, которая пересекает территорию города в меридианном направлении. Ширина этой зоны – от 600 до 1500 метров (по проспекту Ленина от улицы Артиллерийской до улицы Свободы). Необходимо принять в расчет, что сжимающие напряжения пород в районе Челябинска достигают 120 кг/см2. После достижения максимальных напряжений происходит разрядка – землетрясение. Так было 23 октября 2010 года. При проектировании метрополитена на Южном Урале эту возможность необходимо учитывать.

Руководство города рекомендовало проектировщикам изменить трассу метрополитена в районе станции метро «Площадь Революции». Изменение проекта, разработанного Ленметрогипротрансом, начато МП «Челябинскметротранспроект», а завершено в начале 2007 года вновь созданным ООО «ЧДТПИ». Работу выполняли одни и те же проектировщики, которых хозяин ООО «ЧДТПИ» переманил из МП «Челябинскметротранспроект». К сожалению, проект перепроектирования строительства метрополитена в районе станции «Площадь Революции» был выполнен задолго до землетрясения 2010 года, и поэтому вряд ли учитывал вероятность тяжёлых разрушений конструкций метрополитена в случае стихийного бедствия. Кроме того, линия метро до станции «Площадь Революции» пролегла по тектоническим трещинам, заполненным песком и водой. На рисунке 1 показаны геологические условия станции «Площадь Революции» при утверждённом проекте 1993 года и предложение проектировщиков Челябинска.

Необходимо обратить внимание, что если будет реализован проект линии метро, сделанный челябинскими проектировщиками и не утвержденный, то возможен провал проезжей части проспекта имени Ленина в районе магазина «Детский мир».

До того, как в 2005 году ЮУрГУ по заданию Челябметротрансстроя и Главного управления архитектуры Челябинска выполнил научные исследования подземного пространства метрополитена и транспортных сооружений города, считалось, что южно-уральская столица располагается на монолитной плите, а значит, сейсмических проявлений можно не опасаться.

Кроме того, необходимо учесть, что в черте города выявлено более двухсот радиоактивных аномалий, максимальные значения которых (более 35–40 мкР/час) установлены в лесопарковой зоне, где граниты выходят на поверхность. Особое внимание при строительстве метро следует уделить проблеме радона.

Геологические условия Челябинска очень сложны ввиду их многообразия. К западу от разлома залегают очень крепкие (по методике М. Протодьяконова) и высокоабразивные горные породы – граниты и гранодиориты. К востоку от разлома, где некогда плескался океан Тетис, – морские грунты: песчаники, известняки и аргиллиты с участками песков и глин различных модификаций. К этому добавляются сложные гидрогеологические условия, создающие риски прорыва подземных вод в проходческие тоннели.

Проходка тоннелей метро осуществляется в настоящее время горным или буровзрывным способом либо щитовым – с помощью зарубежного проходческого комплекса «Ловат».

В сложнейших геологических условиях Челябинска эти методы малопроизводительны, что фактически привело к банкротству проекта строительства метро в южно-уральской столице.

Буровзрывной способ предполагает разбуривание сетки шпуров (скважин) с помощью ударно-поворотных долот. При этом совершается работа по разрушению и измельчению каменной породы объемом полнотелого цилиндра с диаметром, равным диаметру долота. Так работали десятки и сотни лет тому назад; так работают метростроители в Челябинске и сегодня.

Рабочий орган проходческого комбайна «Ловат» предназначен для разрушения горных пород средней крепости и более слабых – но никак не крепких и весьма крепких. Можно и дальше скрести крепкие и высокоабразивные породы резцами режущего и инструментом шарошечного типов, довольствуясь ничтожными метрами проходки тоннелей в месяц.

Австрийские партнеры в 2012 году проявили определенный интерес к достраиванию метрополитена в Челябинске. Однако фирма «Бомбарде» так и не решилась на практическую реализацию своих намерений, в силу многих причин, основными из которых, по нашему мнению, являются сложнейшие геологические условия и недостаток финансовых возможностей у региона.

Мы предлагаем следующий выход из создавшейся ситуации в условиях продолжающегося экономического кризиса. Администрации города и инженерно-техническим работникам метростроя нужно меньше думать о консервации строительства метро (это дорогостоящее и опасное мероприятие). Первую линию метро необходимо строить в прочных скальных горных породах – от улицы Артиллерийской до улицы Карла Маркса и станцию «Площадь Революции», от проспекта Победы до Комсомольского проспекта и станцию «Проспект Победы». Вторую линию – от станции «Комсомольская площадь» до электродепо. Линия метро по проекту 1993 года от станции метро «Проспект Победы» должен быть по проспекту Победы, глубокого заложения, в самых прочных горных породах. Но в 2006 году ученые ЮУрГУ предложили перенести линию метро с проспекта Победы на Комсомольский проспект, а значит, вместо метро глубокого заложения в самых прочных горных породах строить линию мелкого заложения в элювиальных глинистых грунтах. Предложение по переносу линии метро принято на совещании у губернатора Челябинской области П.И. Сумина 14 апреля 2006 года.

По Комсомольскому проспекту необходимо строить три станции и линию. Кроме того, следует активнее изучать и использовать достижения научно-технического прогресса, технологии, опыт работы в смежных отраслях производства (электрофизический способ разрушения крепких пород, акватехнологии, алмазное бурение трубчатыми сверлами и так далее).

Тогда при внедрении новых технологий скорость проходки тоннелей в Челябинске можно увеличить за короткий срок в несколько раз при одновременном снижении энергетических, финансовых и трудовых затрат.

Мы обращаем внимание руководства города и региона на необходимость срочно закончить строительство станции «Торговый центр», которая строится более 25 лет.

Станция располагается под рекой Миасс и должна иметь два наземных вестибюля: один на левом берегу реки перед большим торговым центром, другой – на правом, в парке у городского краеведческого музея, недалеко от здания спортивно-развлекательного центра (пока не построен).

Станция глубокого заложения, имеет нетрадиционную для такого типа станций односводчатую конструкцию.

Строительство станции «Торговый центр» и пристанционных сооружений осуществляется под единым сводом на глубине 23,0 метра от уреза реки Миасс и 30,3 метра от дневной поверхности до шелыги свода обделки. Необходимо обратить внимание, что при сооружении свода станции «Торговый центр» происходит много вывалов горной породы – это связано с наличием зон дробления горных пород и их трещиноватостью, местами – сильной. Для закрепления горных пород выше поверхности свода тоннеля станции необходимо провести набрызг бетона, то есть изготовление временной крепи.

На территории станции большое количество воды – она непрерывно прибывает.

Строительство метрополитена с 2009 года практически полностью остановлено. На конец 2015 года горные работы по самой станции не завершены, свод не пройден до проектной отметки на два метра, причем уже много лет не закреплен даже временной крепью. Вести работы можно исключительно горным способом, предварительно сделав временную крепь. Если после многолетнего перерыва начать горнопроходческие работы буровзрывным способом, это может привести к затоплению подземного пространства станции. Река Миасс изменит направление и потечет в тоннель метро, а поверхность земли наклонится, произойдет сдвиг оболочки «Торгового центра», а это катастрофа, способная унести множество жизней.