Комплексный маркшейдерско-географический мониторинг для геомеханического обеспечения щитовой проходки при освоении подземного пространства мегаполисов

Мазеин, Сергей Валерьевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Комплексный маркшейдерско-географический мониторинг для геомеханического обеспечения щитовой проходки при освоении подземного пространства мегаполисов
ВАК РФ 25.00.16, Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр

Автореферат диссертации по теме "Комплексный маркшейдерско-географический мониторинг для геомеханического обеспечения щитовой проходки при освоении подземного пространства мегаполисов"

На правах рукописи

МАЗЕИН Сергей Валерьевич

Комплексный маркшейдерско-геофизический мониторинг для геомеханического обеспечения щитовой проходки при освоении подземного пространства мегаполисов

Специальности:

25.00.16 «Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр»; 25.00.20 «Геомеханика, разрушение горных пород, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика»

АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ ДОКТОРА ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК

21 НОЯ 2013

I ква 2013

005538954

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Московский государственный горный университет» на кафедре «Физико-технический контроль процессов горного производства»

доктор технических наук, профессор БАКЛАШОВ Игорь Владимирович, профессор кафедры «Физика горных пород и процессов» ФГБОУ ВПО «Московский государственный горный университет» (г. Москва);

доктор технических наук, профессор МАКАРОВ Александр Борисович, профессор ФГБОУ ВПО «Российский государственный геологоразведочный университет имени Серго Орджоникидзе» (г. Москва);

доктор технических наук, профессор ЯКОВЛЕВ Дмитрий Владимирович,

генеральный директор ОАО «Научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела — Межотраслевой научный центр ВНИМИ» (г. Санкт-Петербург)

Ведущая организация -

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт проблем комплексного освоения недр Российской академии наук» (г. Москва)

Защита диссертации состоится 24 декабря 2013 г. в 13 час. на заседании диссертационного совета Д-212.128.04 при Московском государственном горном университете по адресу 119991, Москва, Ленинский проспект, д. б

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного горного университета.

Научный консультант

доктор технических наук, профессор ВОЗНЕСЕНСКИЙ Александр Сергеевич

Официальные оппоненты:

Автореферат разослан 2013

г.

Ученый секретарь диссертационного совета, докт. техн. наук, с.н.с.

ЭП ШТЕЙН

Светлана Абрамовна

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Опыт городского подземного строительства свидетельствует, что одним из наиболее эффективных методов освоения подземного пространства городов является применение щитовой проходки с использованием скоростных тоннелепроходческих механизированных комплексов (ТПМК) большого диаметра. Однако современные технологии щитовой проходки все же не позволяют исключить проблемы, связанные с наличием твердых включений в массиве, с вывалами грунта в забое, утечками технологических растворов в окружающую среду, осадками земной поверхности и др. В связи с этим при щитовой проходке в сложных и постоянно изменяющихся инженерно- и гидрогеологических условиях должны применяться особые меры обеспечения структурной и функциональной устойчивости природно-технической системы «грунтовый массив - проходческий щит - тоннельная обделка». Суть этих мер заключается в управляющих воздействиях на щит, конкретный характер которых определяется комплексной информацией о структуре, свойствах и состоянии подрабатываемого массива и параметрах движения щита. Для этого в настоящее время используются результаты периодических геофизических и маркшейдерских наблюдений, которые часто применяются в отрыве друг от друга, а их информация не всегда обладает оперативностью предоставления.

Для преодоления указанных проблем необходимо создаиие технических решений на основе многофункционального дискретно-непрерывного мониторинга структурных неоднородностей массива впереди забоя, объемов извлекаемой горной массы, а также пространственного положения щита. Такие решения предполагают согласованность маркшейдерских и геофизических наблюдений в единой системе и использование их информации для геомеханического обеспечения проходки и создания управляющих воздействий на щит.

В связи с вышеизложенным обоснование научно-технических решений по комплексному маркшейдерско-геофизическому мониторингу для геомеханического обеспечения щитовой проходки при освоении подземного пространства мегаполисов является актуальной научной проблемой.

Цель работы - научное обоснование технических решений комплексного маркшейдерско-геофизического мониторинга для геомеханического обеспечения щитовой проходки тоннелей большого диаметра в изменяющих -

ся инженерно- и гидрогеологических условиях освоения подземного пространства мегаполисов.

Идея работы заключается в использовании информации, получаемой на основе геофизического и маркшейдерского мониторинга функционирования природно-технической системы «грунтовый массив - проходческий щит - тоннельная обделка» в сложных инженерно- и гидрогеологических условиях подземного пространства мегаполиса, для обеспечения функциональной и структурной устойчивости этой системы.

Методы исследований. Использовался ряд методов исследования, включающий:

- анализ и обобщение результатов, полученных в данной области;

- натурные экспериментальные геофизические и маркшейдерские исследования при установлении взаимосвязей структурных особенностей массива, объемного или массового расхода извлекаемой при щитовой проходке горной массы, осадки земной поверхности;

- численные методы математического моделирования изменения нагрузок на ротор ТПМК при проходке;

- проведете экспериментов в промышленных условиях с вариациями усилий и ориентации элементов щита;

- компьютерную обработку, анализ и интерпретацию экспериментальных результатов с помощью программных комплексов МаЛсас!, Я1айяйса, Со1шо1 МиШрЬузкв и др.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Поддержание устойчивого функционирования и структуры природно-технической системы «грунтовый массив — проходческий щит — тоннельная обделка» должно обеспечиваться за счет управляющих воздействий на проходческий щит, характер и величина которых определяется информацией, получаемой на основе дискретно-непрерывного маркшейдерского и геофизического мониторинга структурных неоднородностей массива впереди забоя, объемов извлекаемой горной массы и пространственного положения щита.

2. Реализация комплексных маркшейдерско-геофизических измерений для информационного обеспечения структурной и функциональной устойчивости щитовой проходки при внедрении режущего ротора в твердые включения предполагает их раннее обнаружение, а также определение размера и координат сейсмоакустической системой щита с последующим использованием

полученных данных для управления глубиной внедрения резцов, исключающего их разрушение и обеспечивающего безаварийную эксплуатацию щита.

3. При пересечении щитом уровня грунтовых вод и изменении их гравитационного напора происходит изменение объема извлекаемой горной массы за цикл между максимальным и минимальным значениями, при этом среднее значение между ними соответствует совпадению центра ротора щита и границы между маловлажными и водонасыщенными породами, что позволяет при продвижении щита уточнять уровень грунтовых вод и соответствующим образом управлять величиной противодавления.

4. Мониторинг объемного или массового расхода извлекаемой при щитовой проходке горной массы позволяет прогнозировать осадку земной поверхности сверх допустимой величины, при этом измерение объемного расхода обеспечивает меньшую погрешность указанного прогноза по сравнению с измерением массового расхода.

5. На величины осадки земной поверхности и поднятия сборной тоннельной обделки, зависящие друг от друга и характеризующие структурную ' устойчивость динамической природно-технической геосистемы, в основном влияют пары силовых воздействий («противодавление - проходческое усилие») и тангажных отклонений («сверхсрез ротором - наклон щита»), а влияние скорости проходки сказывается в меньшей степени, что позволяет выбрать управляющие воздействия, минимизирующие осадку земной поверхности и поднятие обделки.

6. Суммарное горизонтальное усилие на роторе, складывающееся во время проходки из распределенных нагрузок от давления грунта и противодавления бентонита, меняется квазипериодически, что объясняется дезинтеграцией горных пород с образованием плоскостей сдвижения перед забоем, горизонтальное расстояние между которыми Ь = Н(^ /?), где Я - высота грунтового перекрытия, а /? — угол падения формирующихся плоскостей, определяемый углом внутреннего трения грунта; такое изменение усилия приводит к неустойчивости массива и должно быть уравновешено соответствующей корректировкой противодавления.

7. Для уравновешивания переменного давления неустойчивого массива на ротор противодавлением бентонитовой среды используют оперативные данные прижимных усилий ротора при движении и при остановке щита, разница которых характеризует давление массива на ротор, а при следующем цикле проходки противодавление бентонитовой среды устанавливается в

1,1 ...1,25 раза больше указанной разницы, что позволяет снизить потери бентонита при большом противодавлении и уменьшить осадку земной поверхности при его заниженных значениях.

Обоснованность и достоверность научпых положений, выводов и результатов подтверждаются:

- использованием проверенных математических методов статистики и стандартного базового программного обеспечения для обработки экспериментальных данных;

- высокими метрологическими характеристиками измерительной техники, обслуживающей проходку современными щитами;

- близостью диапазонов фактических деформаций массива и их прогнозируемых значений (погрешность прогноза осадки - не более 4%);

- удовлетворительной сходимостью (с погрешностью не более 5%) результатов натурных наблюдений и компьютерного моделирования геомеханических нагрузок на ротор при исследовании их периодичности;

- положительным опытом практического использования рекомендаций, обоснованных в рамках проведенных маркшейдерско-геофизических исследований условий щитовой проходки.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- обоснованы технические решения по применению маркшейдерских и геофизических методов мониторинга структурных неоднородностей массива и объемов извлекаемой горной массы при дискретно-непрерывном слежении за пространственным положением и значениями рабочих давлений щита для поддержания устойчивости геосистемы в условиях изменения геомеханического состояния породного массива во времени и при продвижении щита, предполагающие использование результатов данного мониторинга в динамическом управлении;

- показаны возможности геофизического метода разведки и геометризации опасных твердых включений в массиве перед забоем по максимуму и минимуму амплитуд зондирующих сейсмосигналов, отраженных от неоднородностей, при этом установлено, что максимум этой амплитуды соответствует участку перед ними, а минимум - самому включению, что дает возможность при разработке включения ротором заранее устанавливать малую глубину внедрения резцов;

- впервые обоснована возможность уточнения уровня грунтовых вод в массиве вдоль трассы проходки по установленной закономерности измене-

ния величины объема извлекаемой горной массы за цикл от положения ротора по отношению к границе между маловлажными и водонасыщенными грунтами;

- обоснован и подтвержден на практике новый метод прогпоза величины осадки земной поверхности по значениям объемного или массового расхода извлекаемой горной массы, что дает ряд преимуществ по сравнению с существующими методами прогноза осадки;

- впервые установлены закономерности влияния усилий, тангажа, скорости продвижения щита большого диаметра на величины осадки земной поверхности и поднятия обделки; на этой основе разработаны математические модели, которые используются для минимизации этих величин;

- на основе натурных наблюдений установлен циклический характер нагрузок на ось ротора со стороны грунта и теоретически обоснован механизм такого явления, связанный с образованием наклонных плоскостей сдвижения перед забоем из-за дезинтеграции массива.

Научное значение работы состоит:

- в установлении взаимосвязей продольных размеров твердых включений с величиной удаления экстремальных значений амплитуд отраженного сигнала от точки сейсмоакустического зондирования и в обосновании использования этих взаимосвязей для управления величиной внедрения резцов при проходке;

- в обосновании закономерностей изменения величин расходов извлекаемой горной массы во время продвижения щита большого диаметра при смене гидрогеологических условий и при проявлении осадки земной поверхности;

- в установлешш закономерностей влияния управляющих воздействий щита на осадку земной поверхности и поднятие обделки;

- в установлении механизма цикличности горизонтального горного давления на плоскость забоя, что позволяет производить расчет величины противодавления при изменении условий проходки.

Практическая ценность. Предлагаемые технические решения сводят до минимума аварийность проходки, повышают ее производительность, снижают производственные затраты, а также вредное воздействие на окружающую среду. Результаты работы нашли свое отражение в нормативно-методической документации Минрегиона России, Некоммерческого партнерства «Национальное, объединение строителей» (НОСТРОИ) и организа-

ций, осуществляющих подземное строительство в г. Москве. Разработанные технические решения и другие результаты работы можно применить для мониторинга щитовой проходки при подземном строительстве мегаполисов.

Реализация и внедрение результатов работы. Результаты исследований использованы при разработке следующей нормативной и методической документации: Свод правил СП 122.13330.2012 «Тоннели железнодорожные и автодорожные. Актуализированная редакция СНиП 32-04-97»; Стандарт СТО НОСТРОЙ 2.27.19-2011 «Освоение подземного пространства. Сооружение тоннелей тоннелепроходческими механизированными комплексами с использованием высокоточной обделки»; «Методика расчета параметров приг-руза при строительстве тоннелей метрополитена» (утверждена ОАО «Транс-инжстрой» в 2011 г.).

Экономический эффект от внедрения маркшейдерско-геофизического мониторинга складывается из экономии материалов, минимизации энергии и трудозатрат. Реализация контроля объемного потока выемки приводит к уменьшению ущерба от осадки грунтового массива. Расчетный годовой экономический эффект для одной щитовой проходки тоннеля диаметром 14,2 м составляет около 10 млн. рублей в год.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались: на международных научно-технических конференциях, организованных Тоннельной ассоциацией России (ТАР), «Особенности освоения подземного пространства и подземной урбанизации в крупных городах-мегаполисах» (Москва, 2008), «Современная механизация работ при строительстве тоннелей и освоении подземного пространства крупных городов» (2009), «Основные направления развития инновационных технологий при строительстве тоннелей и освоении подземного пространства крупных мегаполисов» (2010-2011); на 8-й международной конференции по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики в ТулГУ (Тула, ТулГУ, 2012); на XVIII сессии Российского акустического общества (Таганрог, 2006); на Круглом столе «Передовые технологии, оборудование и методы инженерно-геологических и геофизических изысканий и исследований при строительстве подземных сооружений» (Москва, ТАР, 2007); на научных симпозиумах «Неделя горняка» (Москва, МГГУ, 2005-2012).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 39 работ, в том числе 26 работ - в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.

Структура п объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, списка литературы из 233 наименований, содержит 89 рисунков, 22 таблицы.

Основное содержание работы

Первая глава посвящена анализу современного состояния и проблем геомеханического обеспечения щитовой проходки при освоении подземного пространства мегаполисов. Эффективным путем решения проблем развития крупных городов является освоение подземного пространства, связанное с использованием природных и техногенных полостей для размещения в них различных объектов жизнеобеспечения. Опыт освоения подземного пространства освещается в работах ряда ведущих ученых и специалистов в области горных наук и подземного строительства: H.H. Мельникова, Е.И. Шемякина, К.Н. Трубецкого, И.В. Баклашова, Н.С. Булычева, Г.Е. Голубева, А.Ф. Зильберборда, Б.А. Картозия, A.B. Корчака, А.Н. Левченко, В.Г. Лернера, Л.В. Маковского, Б.И. Федунца, П.Ф. Швецова и других, за рубежом - Я. Ке-лемена и 3. Вайды, Д. Пелицца, К. Саари и др.

Анализ публикаций позволяет представить картину научных достижений в подземном строительстве. Актуальность обеспечения эффективности и безопасности подземного строительства, а также необходимости проведения мониторинга деформационных процессов в толще пород и на земной поверхности при освоении недр и строительстве подземных сооружений подтверждена работами в области геофизических и маркшейдерских методов контроля состояния подземного пространства. Весомый вклад в развитие геофизических методов прогнозирования строения, свойств и состояния горных массивов внесли такие российские ученые, как К.П. Безродный, A.C. Вознесенский, Л.С. Загорский, В.Н. Захаров, Ю.С. Исаев, E.H. Курбацкий, М.Д. Молев, A.M. Мухаметшин, В.Б. Писецкий, В.Л. Шкуратник, Д.В. Яковлев, B.C. Ямщиков и др.

Научные работы в области прогнозирования горного давления и кон-трота осадки дневной поверхности над выработками велись И.В. Баклагао-вым, В.А. Гарбером, Г.А. Гениевым, В.Н. Гусевым, И.Я. Дорманом, В.А. Еременко, Ю.К. Зарецким, М.Г. Зерцаловым, М.А. Иофисом, Н.И. Кулагиным, Ю.А. Лимановым, А.Б.Макаровым, В.Е. Меркиным, В.Н. Одинцевым, В.Н. Поповым, А.Г. Протосеней, Е.А. Сорочаном, В.П. Хуцким, В.И. Шейниным, Е.В. Щекудовым и др.

В качестве метода подземного строительства протяженных горных выработок в неустойчивых грунтах широко применяется щитовая проходка с бентонитовым пригрузом забоя при роторной выемке и трубопроводном транспортировании грунта, с монтажом блочных колец сборной железобетонной обделки и с непрерывным заполнением раствором строительного зазора за обделкой. Скоростная проходка тоннелей большого диаметра в слабоустойчивых или нарушенных грунтах щитовым способом требует обеспечения устойчивости создаваемой при этом динамической природно-технической геосистемы (ДПТГС), которая рассматривается как целостная и упорядоченная ассоциация геологических и технологических элементов -окружающего массива, щита и обделки тоннеля. При этом пока не решены следующие проблемы.

Информация об инженерно-геологических условиях строительства тоннеля, собираемая на стадии проектирования, не учитывает динамику возмущающих воздействий (встречи грунтовых вод, валунов в грунте, а также свай, свалок и т.д.), которые нарушают устойчивость динамической геосистемы.

Геологический разрез по трассе будущего тоннеля во время проходки постоянно требует оперативного уточнения, поскольку не отражает наличия твердых включений в массиве, нарушающих устойчивость геосистемы.

Недопустимое опускание земной поверхности вызывается предшествующими ему чрезмерными водопротоками, пе контролируемыми из-за неточных знаний уровня грунтовых вод, а также внезапными вывалами грунта в призабойное пространство.

Обеспечение структурной устойчивости вмещающего массива пород диктует необходимость разработки математических моделей, которые бы использовались при управлении воздействиями щита на грунтовый массив, не приводящими к существенной осадке земной поверхности.

Является актуальным исследование поднятия обделки за щитом в зависимости от режимов его работы, поскольку такое поднятие вызывает смещения маркшейдерских знаков, по которым производится ориентация направления щитовой проходки.

Не изучены особенности и механизмы изменений давления на ротор при проходке, что необходимо знать для предварительного расчета величины противодавления в забое.

Расчетные значения противодавления должны быть скорректированы по результатам мониторинга нагрузки, действующей на ось ротора, в зависимости от конкретной реакции массива на технологические воздействия в процессе проходки, что ранее не предпринималось.

В соответствии со сформулированной во введении целью работы, на основании проведенного анализа и с учетом современного состояния вопроса в работе решаются следующие задачи исследования:

1) анализ современного состояния, проблем и методологических принципов мониторинга для геомеханического обеспечения щитовой проходки тоннелей большого диаметра;

2) обоснование технических решений по поддержанию устойчивого функционирования и структуры динамической природно-технической геосистемы щитовой проходки тоннелей на основе маркшейдерско-геофизической информации;

3) обоснование комплексного маркшейдерско-геофизического метода для информационного обеспечения функциональной и структурной устойчивости ДПТГС щитовой проходки области твердых включений в массиве с помощью опережающего сейсмоакустического прогноза и контроля их размеров;

4) обоснование технических решений по использованию результатов мониторинга расходов извлекаемой горной массы для контроля уровня грунтовых вод и для прогнозирования осадки земной поверхности;

5) обоснование модели взаимосвязей осадки земной поверхности и режимов работы щита, используемой для формирования управляющих воздействий на щит и ограничения максимальной осадки земной поверхности;

6) обоснование многофакторной модели управления поднятием обделки путем выбора соответствующих режимов работы щита;

7) установление закономерностей изменения давления массива на ротор щита;

8) обоснование технических решений по выбору величины противодавления бентонитовой среды в забое исходя из величины изменяющегося давления массива на ротор;

9) разработка методики уточненного расчета необходимой величины противодавления по величине давления массива на ротор.

Во второй главе обоснованы основные принципы обеспечения устойчивого функционирования и структуры динамической природно-технической системы щитовой проходки тоннелей большого диаметра. Предложено осуществлять корректирующее управление устойчивостью такой системы на основе комплексного геофизического и маркшейдерского мониторинга. Под понятием устойчивости погашается «способность системы противостоять внешним и внутренним геомеханическим возмущениям, продолжительно сохраняя равновесное состояние, а также структуру и характер функционирования». Решение о типе и величине управляющей коррекции принимается исходя из данных дискретно-непрерывного мониторинга и прогноза на основе маркшейдерских и геофизических наблюдений, а также по тенденциям зависимостей осадки земной поверхности и поднятия обделки в моделях управления этими величинами от изменений режимов работы щита. Разработанный автором принципиальный подход к решению проблемы устойчивости ДПТГС позволяет создать структурную схему управления (рис.1), включающую в контур управления элементы оперативного информационного обеспечения процессов щитовой проходки. Главные отличия данной схемы от ранее предлагаемых структур обеспечения устойчивости:

- заблаговременное определение, дискретно-непрерывное отслеживание координат крепких включений в грунте геофизическими методами;

- оперативный контроль тангажных отклонений и силовых откликов щита на воздействия со стороны грунта;

- непрерывно получаемый световой сигнал о критическом воздействии абразивного грунта на конструкции режущего ротора;

- дискретно-непрерывный мониторинг объемного расхода и физических показателей вмещающего грунта, извлекаемого щитом;

- выбор корректирующих управляющих воздействий после оценки прогнозируемой устойчивости по многофакторным моделям.

Преимуществами динамического управления устойчивостью ДПТГС, предлагаемого во вторичном управляющем контуре, являются использование моделей поведения осадки земной поверхности и поднятия обделки в зависимости от режимов работы щита и широкий выбор методов наблюдений при динамично меняющихся условиях и воздействиях, что повышает достоверность наблюдений.

пач-вля ФУНКЦИИ -ОВЫ.НЕЧКНМЕ УМОПЧИВОСГИ Д11ТГС

Рис. 1. Структурная схема управления устойчивостью ДПТГС

Динамическое управление устойчивостью ДПТГС реализуется за счет следующего.

Во-первых, это наблюдения за фактическим состоянием геосистемы, обеспечиваемые датчиками, например: геофизической разведки грунта перед ротором (сейсмоакустические или радиоволновые методы); магнитоиндук-ционного контроля целостности резцов и тела ротора; наклонов ротора, оси щита и блока обделки (потенциометрические инклинометры); давлений бентонита и гидравлики щита (тензорезистивный метод); объемных или весовых потоков грунта (электромагнитный метод); хода проходческих домкратов (магнитострикциояный метод). При этом определяются инженерно-геологические условия возникновения дестабилизирующих воздействий на элементы геосистемы щитовой проходки. Геофизическая разведка грунта перед ротором заранее регистрирует размеры и координаты твердых включений, и при проходке на них реагируют датчики кренов ротора и щита. Датчики целостности резцов непрерывно отслеживают повреждения ротора грунтом и включениями, на которые откликаются показания датчиков давления гидравлики ротора и щита. Наличие полостей, включений и зон массива с разными физическими свойствами определяется геофизической разведкой, проходка таких зон сопровождается отслеживаемыми наклонами ротора, щита и блоков обделки, изменениями давлений грунта, пригрузной среды и гидравлики щита, а также колебаниями потоков вынимаемого грунта. При скачках давления грунтовой воды, изменении свойств и состояния грунта меняются крены ротора, щита и блоков обделки, а также показатели давлений грунта, пригрузной среды и гидравлики щита.

Во-вторых, динамическое управление включает в себя также оценку осадки земной поверхности и поднятия обделки на основе статистически установленных математических моделей в виде регрессионных зависимостей, а также корректирующий расчет противодавления в забое на основе установленных закономерностей изменения механических воздействий массива на щит.

Таким образом, предложены технические решения по оперативному поддержанию устойчивости природно-технических геосистем щитовой проходки при дестабилизирующих воздействиях в динамично меняющихся инженерно-геологических и гидрогеологических условиях, заключающиеся в придании таким геосистемам устойчивого характера за счет корректирующих управляющих воздействий. При этом решение о типе и значении управ-

лающей коррекции определяется результатами комплексного геофизического и маркшейдерского мониторинга по тенденциям зависимостей в предложенных моделях осадки над тоннелем и поднятия обделки от технологических воздействий, вызываемых режимами работы щита. Тем самым подтверждается первое научное положение.

В третьей главе приведено обоснование применения комплексного маркшейдерско-геофизического метода для информационного обеспечения функциональной и структурной устойчивости ДПТГС щитовой проходки области твердых включений в массиве. В настоящее время тоннелестроение сопровождается геофизическими исследованиями грунтов по трассе тоннеля в целях уточнения инженерно-геологических условий в грунтовом массиве, в том числе наличия на трассе твердых природных и техногенных включений.

Генера- *- Блок

тор 500- управле-

5000 Гц ния

Блок об-

работки -► Компью-

сигналов тер

Рис. 2. Схема системы сейсмоакустического зондирования неоднородностей

Щиговой комплекс диаметром 14,2 м оснащен геофизическим оборудованием акустической разведки с поверхности ротора (рис. 2). Новая система опережающего сейсмоакустического зондирования массива датчиками па вращающемся роторе проходческой машины имеет последовательно выполняемые функции:

формирования, сбора и оцифровки данных;

- очистки от шумов усреднением их спектра;

- автокорреляции развертки и сортировки амплитуд сигналов по углу отражения;

- анализа и получения моделей скоростей сигналов;

- преобразования времени прохождения в расстояния;

- интерполяции плоских моделей, полученных при разном положении ротора, в послойные пространственные модели;

- статистического подсчета амплитуд отраженных сигналов.

Изменения вдоль оси г (по трассе тоннеля в Лефортово) измеренных и

сглаженных амплитуд (1, 2, 3, 4 и 5 на рис. 3), полученных в относительных единицах соответственно на разных пикетах, имеют максимум и минимум в районе сваи. Она была замечена на удалении 36 м и прослежена более поздними измерениями повышенной амплитуды А пятна перед сваей и пониженной - точно в месте ее нахождения на ПК 1749, через 2,0...2,5 м после верхнего пика амплитуды, в ее нижнем пике.

А, дБ

Рис. 3. Амплитуда А отраженного сигнала в зоне сваи

г, м

от приближения к ней ТПМК на: 36 м (1); 28 м (2); 17 м (3): 11 м (4); 5 и (5)

По результатам геофизического мониторинга был выполнен прогноз непопадания сваи в сечение тоннеля, что было подтверждено последующей проходкой.

Габариты и координаты твердых искусственных и естественных включений в массиве перед ротором можно уверенно оценить по 3... 7 замерам объемных распределений амплитуд сейсмоакустических отражений в массиве при приближении щита к твердым включениям на расстояния от 30 до 5 м, что достаточно для принятия соответствующих мероприятий по нейтрализации указанных включений. Погрешность определения размеров включения на расстоянии 10 м до него и погрешность определения расстояния от его центра до оси г не превышают 5% от расстояния для всех дистанций замера, что достаточно для геометрической оценки размеров и координат включения.

На полученном совмещенном храфике (рис. 4) амплитуды А и глубины к внедрения резцов в грунт с твердыми включениями минимумы А и к совпадают по оси г трассы тоннеля.

А. дБ; т--------------_.4

Л. мм

Это позволяет заранее устанавливать глубину Л внедрения резцов на 30% меньше, снижая ее в данном случае с 12... 15 мм до 8... 10 мм за оборот ротора на интервале с минимальной энергией отраженных при зондировании волн, соответствующем протяженности зоны твердого включения по трассе тоннеля.

Для оперативного принятия решения о глубине внедрения резцов ротора в грунтовый массив и для оптимального выбора режимов проходки достаточно иметь прогнозную информацию о распределении интенсивности звуковых отражений по оси г будущей трассы тоннеля.

Если не уменьшать глубину внедрения при встрече твердых включений, то высока вероятность разрушения резцов. Найдены зависимости числа замен резцов от среднего значения глубины их внедрения, выдерживаемой на интервале проходки между заменами (рис. 5).

Рис. 4. Зависимости амплитуды А отраженного сигнала и глубины Л [мм] внедрения резцов от удаления г [м] от ПК 1719

-К)

1.5

Я = 0,69

Рис. 5. Зависимость числа замен резцов от глубины А их внедрения в массив

Глубина И внедрения реэцов, см

Оптимальная глубина внедрения не должна превышать значения 16...24 мм в соответствии с тенденциями сокращения до минимума числа замен резцов, выявленными на проходке левого (1) и правого (2) московских транспортных тоннелей в Серебряном Бору. Установлено, что если соблюдать оптимальную глубину внедрения резцов 20±4 мм, то фактически можно уменьшить их расход в глинах, суглинках и песках соответственно на 5, 10 и 20%, что обеспечивает стабильную проходку благодаря сокращению простоев на замену изношенных резцов. Таким образом, геофизическая разведка координат, размера твердого включения и заблаговременное задание оптимальной глубины внедрения резцов на время проходки по включению максимально стабилизируют скорость продвижения щита. Тем самым доказано второе научное положение.

Четвертая глава посвящена обоснованию технических решений по использованию результатов мониторинга расходов извлекаемой горной массы для контроля уровня грунтовых вод над забоем и для прогнозирования осадки земной поверхности. Актуальным средством прогноза и поддержания безопасного состояния поверхности земли над тоннелем является оперативный контроль объемного или массового расхода извлекаемой породы с определением ее физических свойств при изменении гидрогеологического строения массива.

Современным решением вопроса стало внедрение системы непрерывного мониторинга объемного расхода извлекаемого грунта, использующей измерения датчиками линейного перемещения гидроцилиндров щита и объемными расходомерами в трубопроводном транспорте. Для оперативной информации о продвижении забоя используют датчики линейного перемещения щита, встроенные в один домкрат из каждой группы проходческих домкратов. Измерения расстояния проводятся по времени прохождения ультразвукового сигнала по стержню от точки магнитострикционного возбуждения до точки приема.

На щите с противодавлением бентонитом (с гидропригрузом) в питающем и транспортном трубопроводе для суспензий установлены измерители, в которых используется принцип электромагнитной индукции объемного расхода. Результаты измерений объемных расходов в транспортных и питающих трубах используют для следующих целей: для; контроля допустимого расхода для безопасной эксплуатации насоса; контроля допустимого расхода

хода для рабочих режимов сепарации грунта; расчета объема выдаваемого грунта по разнице транспортных и питающих потоков; расчета воздушной пористости грунта по разнице теоретического и фактического объема выдачи; расчета объемов вывалов, потерь бентонита или притока воды в забой. Используя показания объемных расходомеров, судят об извлекаемых объемах грунта по разности между подаваемым и выдаваемым расходом за время одного цикла проходки (одной подвижки)

V=(Q2-Qi)*T [м3], (1)

где V [м3] - средний объем грунта, извлеченного за цикл проходки; Q\ и Q2 [м3/час] - показатели средних значений входящего и выходящего расхода потока соответственно в трубопроводном транспорте; Т [час] - время проходки за один цикл продвижения, осуществляемого щитовыми домкратами.

Традиционно статистический метод анализа (по среднему) объемного количества извлеченного за цикл грунта использует показатель среднего объема. Полученные значения объема грунта отличаются от теоретического объема выработки и зависят от породы, имеющей различную воздушную пористость и разные фильтрационные свойства. Эти значения зависят также от величины фактического выдвижения групп щитовых домкратов, пропорционального объему выработки для монтажа кольца обделки. Данный метод средних значений объема в кольце не работает в режиме реального времени, он предусматривает расчеты и сравнительный анализ объемов только по завершении цикла проходки. Методом средних значений пользуются только при регистрации факта перебора породы.

На ТПМК диаметром 14,2 м непрерывно контролировался объем извлечения породы при текущем положении домкратов щита. Метод «Muck Control» в процессе цикла отражает на экране визуализации: среднеарифметический объем, усредненный за последние десять циклов; показатели извлеченного объема за каждый из десяти последних циклов; график объемного выхода от длины выдвигания проходческих домкратов в текущем цикле проходки (каждые десять секунд); график объемного выхода через каждые десять секунд в зависимости от длины выдвигания домкратов, усредненный по десяти кольцам. Нами установлено, что зависимости штатного извлечения объема грунта от перемещения домкратов носят линейный характер с коэффициентом корреляции Я>0,999. Если отмечен вывая (перебор- грунта), то

превышение извлеченного объема в цикле по сравнению с другими циклами становится выше ошибки измерений.

Измерение расходов потоков извлеченной горной массы позволяет уточнять положение уровня грунтовых вод (УГВ). Получены линейные зависимости извлекаемых объемов грунта от усилия прижима ротора при проходке щитом 0 14,2 м для песков естественной влажности (прямая VI рис. 6) и для насыщенных водой песков (прямая VI). Уменьшение объема извлеченной горной массы соответствует увеличению прижима ротора ТУ, что происходит за счет снижения перебора породы, вызванного ее смещениями в сторону забоя, при увеличении противодавления (прямые Р1 и Р2).

V; Р

240 •

200

160 -

120

4 У2:Я = 0.56

Р2:Д = 0.57

8 N, VIH

Рис. 6. Зависимости объемов выемки VI и VI [м31 за цикл, противодавлений Р1 и Р2 [кПа] от усилия N прижима ротора в маловлажных (индекс 1) и водонасы-щенных (индекс 2) песках

110

100 200 300 400

Рис. 7. Зависимости объема выемки V за цикл от протяженности проходки L при переходе через УГВ для проектов .S'-250-l и .S-250-2 параллельных тоннелей (Л2- коэффициент детерминации)

Как показал проведенный мониторинг объема извлечения горной массы, переход щита под уровень грунтовых вод сопровождается плавным повышением извлекаемого объема с уменьшением воздушной пористости и ростом водонасыщения грунта во время подъема УГВ в сечении забоя на протяженности проходки Ь. Например, для параллельных тоннелей 0 14,2 м длина таких участков получилась практически одинаковой и составила около 240 м (рис. 7). Как показали исследования пересечения УГВ еще на трех тоннелях, скачок показателей объема можно использовать при уточнении положения уровня грунтовой воды, пересекаемого строящейся выработкой, в предварительном расчете противодавления. Результаты уточнения простран-

ственного расположения УГВ измерением объемно-массовых расходов потоков грунта с определением расстояния Ь до встречи УГВ в лотке и своде тоннеля, а также уклона г'уп уровня грунтовой воды вдоль трассы пяти тоннелей представлены в табл. 1.

Таблица 1 - Результаты уточнения пространственного расположения УГВ

№ щита Диаметр О, м Расстояние [м| до УГВ в лотке Расстояние /.„ [м] до УГВ в своде Уклон тоннеля ¿г Относительный уклон УГВ, ¡•у„*=-£>/(£с-£ л) Абсолютный уклон УГВ, 1угв= 'утв

проект факт проект факт проект факт проект факт

.9-250-1 14,2 150 198 380 438 -0,031 0,062 0,059 0,031 0,028

5-290 6,28 180 206 280 302 -0,031 0,063 0,065 0,032 0,034

5-250-2 14,2 190 244 410 428 -0,031 0,064 0,077 0,033 0,046

5-353 6,28 1030 1098 1230 1212 -0,041 0,031 0,055 -0,010 0,014

5-328-3 6,28 2290 2184 2090 J 2064 0,043 -0,031 -0,052 0,012 -0,009

Уточнение пространственного положения уровня грунтовых вод возможно на основе мониторинга извлекаемых объемов горной массы между максимальным и минимальным значениями во время пересечения выработкой контакта пород с различным водонасыщением. Подтверждается третье научное положение.

Щит с противодавлением грунтом (с грунтопригрузом) оснащен аппаратурой конвейерного взвешивания извлекаемого грунта. Для статистического метода анализа по арифметическому среднему объемного количества извлеченного грунта использовался показатель перемещенного веса грунта, измеренного конвейерными весами. Среднеарифметический объем V грунта, извлеченного за цикл,

Г = УГ/у [м3], (2)

где IV [кН] - максимальное значение веса фунта, перемещенного конвейером за время цикла Т„ [ч]; у [кН/м3] объемный вес грунта.

Теоретически извлекаемый объем массива У„ полностью зависит от геометрии щита (диаметр V = 6,28 м, длина цикла заходки Ь = 1,4 м):

Ут = пВгЬ/А = 43,3 [м3]. (3)

При непрерывном контроле выемки грунта строим текущий график зависимости объемного выхода по формуле (2) от хода проходческих домкратов в цикле (рис. 8). При переборе объема (вывале) кривая (3) имеет линию тренда с й2<0,99 и с более кругым наклоном, чем кривая (2) предыдущего цикла [403] и усредненная по 10 последним циклам прямая линия для сравнения (1). Текущий график зависимости объемного выхода, рассчитанного по

весу выдачи грунта конвейером делением на объемный вес, от длины выдвигания проходческих домкратов в цикле за каждые 10 секунд имеет более криволинейный вид, чем при контроле объема.

Рис. 8. Зависимость объема выдачи (по массе) грунта от продвижения щита (хода домкратов) в циклах проходки №№403 (кривая 2), 404 (кривая 3) и прямая линия для сравнения (1). Противодавление грунтом

В работе установлено, что относительные погрешности измерения объема - 4% и массы - 9,9% (для двух типов щитов диаметром 6,28 м). Для шита диаметром 14,2 м погрешность измерения объема составляет 7,9% за каждый цикл проходки (табл. 2).

Таблица 2 - Диапазоны и ошибки измерений разными методами

Массовый Объемный Объемный

Показатель метод, щит 06,28 м (противодавление грунтом) метод, щит 06,28 м (противодавление бентонитом) метод, щит 014,2 м (противодавление бентонитом)

Диапазоны изменения измеряемых величин

Теоретический объем выемки в цикле, м1 43,34 30,96 318

Усредненный объем V в цикле по измерениям, м3 - 35,9 262

Усредненный вес № в цикле по измерениям, кН 562 - -

Среднеквадратическое отклонение объема м3 5,79* 5,81 17,8

Среднеквадратическое отклонение веса кН 102,5 - -

Диапазон изменения объема 3><50, м3 17,37* 17,43 53,4

Диапазон изменения веса Зх£в, кН 307,5 - -

Погрешности измерений

Суммарная относительная случайная погрешность 5 измерения, %, в том числе: 5,4 1,9 1,6

- погрешности прибора 1 1 1

- «дрейф» временного интервала 0,8 0,7 0,1

- отклонения плоскости кольца отталкивания 1,25 1,5 1,25

- погрешности установки 0 1 - -

- разброс объемного веса 5 - -

Абсолютная погрешность измерения объема А0= <5 х К ,м3 1,71 0,69 4,19

Абсолютная погрешность измерения веса Лб=<5хГ, кН 30,35 - -

Относительная погрешность, приведенная к диапазону измерения, &/(Зх5!), % 9,9 4,0 7,9

* Значения параметров получены делением 51« и Ав на у =17,7 кН- объемный вес породы.

» I; прямая сривисшш [ у-ОЛШх- 14.46 Я- 0.9.92

О 2;>НОЗ ( я Л

ГГЩТхГГШ & - 0.989

МО 1000 1700

Продвижение щита (ход домкратов), мм

Границы изменения измеряемой величины определяются утроенным значением среднеквадратического отклонения на всей трассе. Таких погрешностей достаточно для контроля превышения предельно допустимой осадки земной поверхности более чем на 10 мм. В геометрическом расчете прогнозной осадки г]тах в центре мульды в работе используется показатель относительного объема перебора породы у/ [%]:

у*ьхОгхл

где В [м] - диаметр щита; г = £>/(6я'иД) + (Я + £>)/%/? [м] - расстояние от центра до перегиба мульды; Н [м] - мощность породного перекрытия; [°] -угол сдвижения массива;

П = (=-1]хЮ0 [<>/„], (5)

где V - извлеченный объем за цикл проходки; V - среднеарифметический объем, усредненный за последние пять циклов.

Показатель превышающий ошибку измерения объема, при положительном значении представляет собой объем вывала, а при отрицательном -объем утечки бентонита относительно объема V грунта, извлеченного за цикл проходки.

Прогноз максимальной осадки земной поверхности свыше 10 мм, вызванной вывалами, при этом осуществлялся нами на базе вычисления относительного объема перебора породы. Например, при значениях Н = 25 м, £> = 14,2 м, /? = 59° расстояние г = 26,4 м, тогда вычисленный у/ = 0,41% будет вызывать осадку земной поверхности г\тах = 9,9 мм.

Мониторинг расхода объемов породы, диапазон изменения выдачи которых для больших щитов 0 14,2...6,28 м составляет соответственно 20...49% при погрешности измерения объема от 1,6 до 1,9% соответственно, более эффективен для контроля перебора грунта и его объемного веса в забое меньшего диаметра. Измерение массовых расходов выдаваемой породы конвейером с их диапазоном изменения 55% и погрешностью 5,4% также позволяет, хотя и с меньшей точностью, дистанционно контролировать объем перебора грунта. Контроль перебора породы позволяет прогнозировать величину вызываемой им осадки цтах. Обосновано четвертое научное положение.

Пятая глава посвящена обоснованию моделей взаимосвязей максимальной осадки земной поверхности и поднятия обделки с показателями режимов работы щита для формирования управляющих воздействий.

Основу этого направления работ составляют натурные исследования деформационных процессов в ДПТГС, нахождение зависимостей их характеристик от свойств и геометрии грунтового массива с варьируемой глубиной и уклоном тоннеля, а также от управляющих воздействий на щит.

Разработка математических

/ о , X

моделей ограничения осадки и управления поднятием обделки позволяет оптимально проектировать породные обнажения и назначать управляющие воздействия. Для описания и расчета мульды осадки (рис. 9) поперек трассы тоннеля нами была принята кривая Гаусса

П = г)пш**-ехр(-х-/Иг) [мм], (6)

где г]тах - осадка в центре мульды; х [м] - координата точки кривой от центра мульды. При диаметрах ТПМК 6,28 и 14,2 м с противодавлением бентонитовой суспензией возникают дополнительные, ранее не изученные причины осадки земной поверхности, поэтому важным аспектом является избирательный учет факторов влияния на осадку. Такой учет производится после всестороннего анализа всех известных причинно-следственных связей факторов и нахождения регрессионных зависимостей. При установлении влияющих факторов нужно учесть, чтобы они были совместимыми и независимыми. Для прогнозного расчета (на стадии проекта) максимального значения осадки Г]тах несвязных грунтов при определении полных мульд осадки земной поверхности после уплотнения грунта до начальной его плотности принята зависимость

Цтох =л/(0,388 + 0,631 X Я х /О) [мм], (7)

где А [мм] - суммарная величина строительного зазора между грунтом и внешней границей раствора за обделкой, расстояния Д Н [м] - простран-

Рис. 9. Расчетная поперечная мульда осадки земной поверхности над тоннелем

ственные технологические факторы; угол /? [°] - инженерно-геологический фактор.

В качестве показателя осадки земной поверхности принята максимальная осадка в центре поперечной мульды (рис. 9) над кольцом обделки 2-го тоннеля в Серебряном Бору, стабилизированная после удаления забоя от поперечных линий наблюдательных реперов. В качестве изменяющихся факторов приняты усредненные технологические показатели цикла проходки, ближайшего к наблюдательной линии, а также геометрические параметры разрабатываемого массива и усредненные данные физико-механических свойств вынимаемого грунта. В целях прогнозирования возможной осадки при первичном выборе вариантов трассы построена статистическая модель осадки земной поверхности с учетом максимального квадратичного влияния двух главных факторов, характеризующих свойства и строение массива. Полученное математическое описание модели, используемой с величиной коэффициента детерминации Л2=0,5, в статическом первичном контуре управления геомеханической устойчивостью к осадке над тоннелями с />=14,2 м

= 0,0046 х и1 + 0,352 хг'г +7,34 * Рв2-11,0 - 0,29 хг'т хрв - 9,3 [мм], (8)

где Рв[105 Па] - напор грунтовой воды; гт [%о] - уклон тоннеля.

Математическое описание статистической модели осадки с техногенными возмущениями в динамическом вторичном управляющем контуре при ведении цикла проходки имеет вид

п„т= 6,87 хМ2-23,9 уАН +0,0028 *Р3 г- 0,30 *Р3 +0,105 *Л/г хР3 + 5,8 [мм], (9)

где А1г [мм] - сверхсрез наклоном ротора, Р3 [105 Па] - противодавление, при Л2 =0,48.

Модель построена с учетом максимального влияния двух главных факторов: тангажного отклонения (сверхсрез наклоненным ротором) и силового воздействия (противодавление). Факторы в (9) выбраны из-за максимального учета ими высоты технологического зазора над щитом и мощности породного перекрытия, наименьшего взаимовлияния и возможности быстрого их регулирования. В предлагаемой модели исключены зависимые и труднорегу-лируемые факторы наклона щита и скорости проходки. Для учета фактических колебаний этих факторов рекомендован окончательный геометрический расчет осадки земной поверхности по формулам (4) и (5) через вычисление показателя относительного объема перебора породы 17/ [%]. Для точного

ежесуточного прогноза показатель выражен через три значимых технологических фактора по найденной квадратичной зависимости (К2 = 0,44):

Уь = 0,0215 хР32 + 0,000094 х;щ2- 0,00707 * у2-0,744 хР3-0,0155 -0,00411 ху + 0,0037хРзхг"щ-0,000241 хухгщ+0,00522 *Р3 ху+0,163 [%], (10)

где Р3 [105 Па] - противодавление; гщ [%о] - наклон щита; V [м/сутки] -скорость проходки.

Для усредненного значения относительного объема перебора породы, используемого для грубого прогноза осадки без учета технологических факторов,

Уь= ¿г/1,43 [%], (11)

где VI - относительный объем перебора породы; Аз [%]- относительное превышение площади забоя = я^?з2 над площадью передней части щита = кКщ, выражающее долю площади строительного зазора в площади забоя.

Построенные для экспресс-прогноза статистические модели управления осадкой земной поверхности пад тоннелем 014,2 м определяют, какие регулируемые значения главных технологических факторов (сверхсреза наклоном ротора Лк и противодавления Рз) необходимо выдерживать. Более точно процесс изменения осадки оценивают величиной , зависящей от противодавления, наклона щита к трассе гщ и скорости проходки V. Для минимизации недопустимых величин осадки земной поверхности, которые обнаруживаются только через несколько суток после смыкания зазора, необходимо устанавливать отрицательные значения ЛИ и гщ, а также максимально допустимое расчетами противодавление Р3, удерживая без изменения скорость V.

Для сборных блочных колец обделки был замечен эффект их вертикального поднятия, негативно влияющий на точность прокладки тоннеля 0 14,2 м из-за непрогнозируемого смещения как направления хода щита, так и оси колец. Поднятие заключалось в смещении оси кольца вверх после выхода его из хвостовой части щита и тампонажа раствором зазора между обделкой и массивом. Показатель поднятия обделки

2=Уг-У1 [мм], (12)

где у1 — вертикальное относительно трассы положение оси кольца после монтажа кольца в хвостовой части; у2—то же за хвостовой частью.

При измерении конвергенции обделки был установлен наибольший прирост деформаций схождения кольца обделки, испытывающей при удалении ТПМК от кольца на I I... 17 м также и осевой подъем, который при удалении на 40.. .50 м затухает. Такой подъем зависит от процессов постепенного смыкания грунта с обделкой за щитом, от силовых воздействий щита на обделку и от скорости проходки.

-150—» -; Факторы техногенного

- 0,161х!+6,79х+ 80,1 * ^ влияния на поднятие обделки

те же, что и для оценки осадки земной поверхности, поскольку установленные автором деформационные проявления осадки и поднятия связаны между собой (рис. 10).

Сверхдопустимое поднятие обделки сопровождается малой осадкой земной поверхности и наоборот, поэто-

Рис. 10. Зависимость между осадкой земной поверхности 1]тах и поднятием обделки /Г

му для минимизации осадки г\тшс необходимо поддерживать

регистрируемое маркшейдерскими

Таблица 3 - Корреляционная матрица факторов линейного влияния технологических показателей на поднятие обделки

Наименование Обо-зна-че-ние Коэффициенты корреляции Я

факторы функция

/щ Р Рз 2

Сверхсрез наклоном ротора, мм ли 1 0,84 0,56 0,17 0,55

Наклон щита, мм/м 1щ 1 0,53 0,2 0,5

Усилие проходки, ММ ^ 1 0,71 0,66

Противодавление, 105 Па Рз 1 0,54

Поднятие обделки, мм 2 (АН, к» 1

наблюдениями поднятие 2 в пределах величин, максимально допустимых технологическим регламентом. Корреляционная матрица (табл. 3) линейного влияния технологических факторов на поднятие обделки показывает, что самыми значащими факторами такого влияния являются действующие показатели противодавления Рз (Я = 0,54) и сверхсреза наклоном ротора ЛЬ (Л = 0,55). Усилие проходки Г исключаем из рассмотрения, как показатель, значительно влияющий на другие факторы в корре-

ляционной матрице.

Факторы Рз и Л1г выбраны для построения квадратичной зависимости от них прогнозной величины поднятия обделки (Д2= 0,37):

г = -100 +62,6 хР3- 1,35 хАк -3,87*Р32 + 0,474*Р,х/1/г + 0,0115 *Лк2 [мм], (13)

где 2 [мм] - поднятие обделки; Р3 [105 Па] - противодавление; АН [мм] -сверхсрез наклоном ротора.

Построенная квадратичная двухфакторная модель управления поднятием обделки количественно и качественно отражает влияние оперативно регулируемых, наименее зависимых друг от друга показателей сверхсреза наклоном роторам)к и противодавления Р3.

В основном минимум поднятия достигается снижением противодавления и отсутствием сверхсреза. Лишь в области низких значений применяемого противодавления (до 2-10"1 МПа) предпочтителен верхний перебор сечения забоя сверхсрезом для противодействия поднятию обделки.

Рекомендовано увеличивать расстояния от забоя до маркшейдерских знаков на обделке, элементы которой заняли стабильное положение, что оправдано более предсказуемыми смещениями знаков на обделке из-за ее конвергенции и поднятия. Полученное среднее значение поднятия составляет: 10 мм - для несвязных грунтов, 30 мм - для смешанных грунтов, 60 мм -для связных грунтов. Всеми этими выявленными нами тенденциями можно руководствоваться для прогнозирования поднятия обделки и минимизации ущерба от него при проектировании и проходке тоннеля, например, ведя щит ниже проектной трассы на указанные величины поднятия.

Установлены закономерности влияния силовых управляющих воздействий - проходческого усилия /<щ и противодавления Рз, а также тангажных управляющих отклонений - наклона /щ и сверхсреза АН на показатель поднятия 7 обделки, что позволяет прогнозировать показатель 2 и управлять им. Для снижения величины 2 необходимо минимизировать усилия Рщ и Рз, а также добиться положительных значений ¡'щ и ЛИ. Изменение управляющих воздействий для получения минимального подъема происходит в обратном порядке, нежели при минимизации осадки земной поверхности. Тем самым обосновано пятое научное положение.

Шестая глава представляет собой установление закономерностей изменения давления массива на ротор щита и обоснование технических решений по выбору величины противодавления бентонитовой среды в забое. Цель

определения необходимого противодавления на забой со стороны щита -обеспечить устойчивость обнажения массива и предупредить выпирание грунта перед забоем по трассе щитовой проходки тоннеля на участках неглубокого заложешм, а также в зонах влияния проходки на окружающую застройку.

Контроль давления суспензионной среды в забое производится тензо-резистивными датчиками, установленными на различной высоте в пригру-зочной камере щита. Величину вертикального давления грунта Рверт на глубине от поверхности земли до уровня свода тоннеля определяют, пригашая вертикальное давление от грунтового перекрытия с учетом эффекта зависания «столба грунтов» (за счет учета действия внутреннего трения и сцепления грунта) по обобщенной модели Янсена - Кётгера.

Один из основных исходных показателей для расчета / верт — это протяженность L «столба грунтов» вдоль трассы, которая служит для определения веса столба через коэффициент формы этого столба t = L/D, где D - диаметр тоннеля. Таким образом, предполагается постоянство продольной протяженности основания такого столба. Обычно для расчетов противодавления для всех типов грунтов и различных размеров щитов недостаточно оправданно принимают t= 1, что существенно влияет на точность расчетов.

Измерение каждые 10 секунд давлений в гидравлике домкратов подачи привода цилиндрической формы, к торцу которого крепится ротор, позволяет дискретно-непрерывно контролировать осевые усилия N на ротор: отпор грунта и суспензионную нагрузку на торец привода строго по оси горизонтального тоннеля во время проходки, монтажа колец обделки, простоя.

Во время проходки усилие N на торец привода ротора складывается из распределенных нагрузок от давления твердой фазы массива и давления при-грузной среды бентонита. Поскольку противодавление, создаваемое бентонитовой суспензией, при проходке держится постоянным, то колебания измеряемого отпора (прижима) ротора представляются как отклик на изменение горизонтальной составляющей давления разрабатываемого массива Prop = X х Рверт, где Л - коэффициент бокового давления при проходке.

Наблюдается явление циклического изменения горизонтальной составляющей нагрузки на ось ротора щитового комплекса. Рассмотрим возможный механизм этого явления.

На рис. 11 приведены результаты измерений усилий N прижима ротора при проходке одной из выработок (О = 14,2 м) комплекса Серебряноборских тоннелей глубокого заложения в Москве.

30'

10'

1 и — м, мн --С, кПа ........... #1, м

3 / 2

Л..... ' г1

Рис, 11. Графики усредненных за 2-метровый цикл величин усилия Л' прижима ротора (7), удельного сцепления С грунта (2), мощности /// породного перекрытия (3) в зависимости от длины £ проходки выработки

Песок

500 1000 1500

Суглинок Глина

Ь, м

Здесь также показаны участки различных грунтов совместно с графиками внутреннего сцепления С и мощности В1 породного перекрытия над щитом в зависимости от пройденной длины Ь выработки. График усилия прижима ротора N имеет колебания, характер которых аналогичен отмеченным ранее колебаниям N при проходке Лефортовского тоннеля.

Для более отчетливого выделения составляющей изменения величины N проведен спектральный анализ с результатом на рис. 12. Для участка проходки в суглинке выделен интервал, содержащий измерения, снимаемые с шагом продвижения щита 2 мм. Обработка результатов измерений прижимного усилия осуществлялась в среде Ма&сас! График спектров, сглаженный по трем точкам скользящей медианой, представлен на рис. 12 (кривая в). ■V. кН

МО

110

1-10

110

МО

1-10"

Рис. 12. Зависимость амплитуд спектра от пространственной частоты 1 /Ь изменения горизонтальных усилий при проходке в суглинке: 1а — За — номера спектральных максимумов усилий прижима ротора (кривая а); 1Ь -ЗЬ — номера спектральных максимумов моделируемой I 1 \ горизонтальной нагрузки на площадь забоя (кривая Ь)

Сглаживание применено для более четкого выделения спектральных максимумов. Три значимых по амплитуде спектральных максимума выделены на частотах 2,8-КГ4; 1,4-КГ4; 7-Ю"4 1/мм, что соответствует периодам изменения 3,6 (1а), 7,1 (2а) и 14,3 м (За). Для объяснения изменения давления на ротор щита в процессе горизонтального перемещения разработана геомеханическая модель, в основу которой положена идея образования в массиве плоскостей сдвига по мере продвижения щита, т. е. явление дезинтеграции горных пород. Грунтовой массив моделировался упругой средой (плоское деформированное состояние), в которой выполнены уравнения равновесия, закон Гука и соотношения Коши (рис. 13).

У,м О

-10

-30

-40

Рис. 13. Расчетная модель формирования первой плоскости сдвижения: 1 - верхняя граница массива пород; 2 — массив; 3 - щиг диаметром О = 14.2 м; 4 - поверхность сдвижения; 5 — график зависимости сдвиговых напряжений <тху от расстояния до нижней точки забоя; 6 - клин сдвижения шириной /х = Р) перед забоем

Непрерывное перемещение щита вдоль горизонтальной оси заменяется дискретной последовательностью расчетных схем. По мере перемещения щита при достижении напряжениями сдвига предела прочности пород в нижней части забоя схема меняется: добавляется следующая граница раздела и затем производится расчет напряжений. При этом сдвиговые напряжения на границе раздела полагаются нулевыми. Расчеты осуществляются в среде Сотзо1 МиШрЬуякя. В массиве пород в нижней части забоя расположена область максимальной концентрации сдвиговых напряжений ат график которых, приведен на рис. 13 (отмечен цифрой 5). Когда в этой области превышается сдвиговая прочность грунта, на сопряжении плоскости забоя и почвы выработки появляются условия возникновения первой наклонной плоскости сдвижения в пространстве перед забоем.

Угол /? между плоскостью сдвижения и горизонтальным направлением выработки

/? = 45° + $>/2, ' (14)

где ср - угол внутреннего трения грунта. При возникновении наклонной плоскости сдвижения напряжения а„ в нижней области забоя скачкообразно уменьшаются, а горизонтально направленная нагрузка на ротор возрастает. По мере продвижения щита положение наклонной плоскости сдвижения становится все выше по отношению к почве выработки, при этом напряжения аху в зоне указанного выше сопряжения возрастают, а горизонтальная нагрузка на ротор уменьшается. Когда сдвиговые напряжения в нижней точке забоя достигают предельных величин, возникает новая плоскость сдвижения. Далее процесс повторяется, сопровождаясь периодическим характером проявления максимумов как для сдвиговых напряжений <тху в нижней части забоя, так и для горизонтальных напряжений сгхг(рис. 14).

Рис. 14. Расчетная схема формирования плоскостей сдвижения и горизонтальных напряжений С7:с, по высоте забоя: 1 — верхняя граница массива пород; 2 — массив; 3 — щит; 4 — плоскости сдвижения; 5 — график расчетной зависимости горизонтальных напряжений сга по высоте забоя

Для определения момента формирования плоскости сдвижения необходимо установить значение сдвиговых напряжений, действующих в нижней точке забоя, и сравнить эту величину с соответствующим пределом прочности. Это условие описывается критерием деформации Мора-Кулона:

(о-я - Оуу)1 + <?ч<2 2 (о-« + Оуу + 2С(йёр))2 зшг<р . (15)

Результаты моделирования начального поля сдвиговых напряжений а^ вокруг выработки показали, что в массиве перед нижней частью забоя существует точка, в которой абсолютные значения сХу достигают максимума и инициируют возникновение первой плоскости сдвижения.

В процессе продвижения щита эта плоскость будет перемещаться вверх относительно ротора, при этом будут меняться как горизонтальная нагрузка на ротор, так и максимальные сдвиговые напряжения в массиве перед забоем. Дальнейшее поведение забоя массива с образовавшейся плоскостью сдвижения иллюстрируется графиками а^ и <тхх на рис. 15.

Рис. 15. Усредненное по плоскости забоя горизонтальное давление <у и грунта и сдвиговое напряжение сг^ в почве забоя в зависимости от перемещения Ь забоя с одной плоскостью сдвижения; точками обозначены: А — о~ху до образования I плоскости; В -(Уху после образования I плоскости; С—хх до образования I плоскости; О - ахх после образования I плоскости; Е - <?х? до образования II плоскости

При Ь = 0 происходит образование первой плоскости сдвижения, напряжения ег^ по абсолютной величине резко снижаются. По мере продвижения щита Оху сначала уменьшаются, а затем возрастают до предела прочности, что обозначено точкой Е, а пунктиром показано значение предела сдвиговой прочности. В этот момент происходит образование второй плоскости сдвижения.

Явно прослеживаемый максимум абсолютной величины превышающей сдвиговую прочность грунта, образуется через 1\ = /Г) = 9,1 м проходки от места образования первой плоскости сдвижения. Горизонтальное расстояние 1\ соответствует ширине клина сдвижения грунта перед забоем на уровне кровли выработки (см. рис. 13).

Далее процесс повторяется, и горизонтальное расстояние между местами образования первой и третьей плоскости сдвижения выражается через глубину Н нижней части забоя как 12 = Н(<3% /В) = 20,2 м, а расстояние по горизонтали между второй и третьей плоскостью /2 — ^ = 11,1 м.

Как показало моделирование, далее идет чередование двух постоянных значений расстояний (9,1 и 11,1 м) между вновь образуемыми плоскостями. На рис. 14 показана расчетная схема с такими повторяющимися плоскостями сдвижения, сформировавшимися по мере продвижения щита.

0 5 10 15 20 25

Горизонтальные напряжения оа в плоскости забоя изменяются по его высоте и зависят от положения плоскости сдвижения.

Результаты расчетов а^ в нижней части забоя и усредненных напряжений на его плоскости приведены на рис. 16.

Рис. 16. Усредненное по плоскости забоя горизонтальное давление {7„ (I) и сдвиговое напряжение а^ (2) в почве забоя в зависимости от перемещения Ь забоя с последовательно формируемыми плоскостями сдвижения (1...У)

(Тк,кПа аХу, кПа

Здесь имеют место квазипериодические изменения горизонтальных напряжений с последовательным чередованием двух периодов с меньшей и большей величинами в соответствии с различным расстоянием между плоскостями сдвижения. Для сравнения с результатами натурных наблюдений был рассчитан спектр моделируемой горизонтальной ншрузки в забое, определяемой как произведение усредненных горизонтальных напряжений на площадь ротора. На рис. 12 этот спектр представлен кривой А. Три основных максимума соответствуют периодам 3,1 м (lb), 5,6 м (2Ъ) и 11,1 м (ЗЬ). Период ЗЬ самого значимого амплитудного максимума соответствует максимальному значению горизонтальных расстояний между образующимися плоскостями сдвижения. Значения, полученные в результате моделирования, близки к значениям периодов спектральных максимумов, полученных по натурным наблюдениям усилия прижима ротора. Доказано шестое научное положение.

Для повышения надежности установления величины противодавления в изменяющейся горно-геологической обстановке автором предложен алгоритм оперативного отслеживания значений противодавления с определением его коэффициента превышения над давлением грунта через показатели прижима ротора к забою. Для обеспечения баланса противодавления и горизонтальной составляющей давления Pro? вертикальног о обнажения массива может быть рекомендован текущий корректирующий расчет коэффициента

превышения противодавления на основе результатов измерений прижимной нагрузки ротора N. Для этого во время проходки рассчитывается среднеарифметический показатель усилия прижима ротора, а во время монтажа обделки выбирается минимальное значение усилия прижима ротора.

Рис. 17. Усилие прижима IV ротора 0 14,2 м в циклах проходки с нормальным (цикл № 729), повышенным (цикл № 435) и пониженным (цикл № 533) коэффициентом К

О 500 1000 1500

Количество измерений в цикле (и) Действующий коэффициент превышения противодавления принимаем

(16)

где Л^да - минимальное значение усилия прижима во время монтажа колец; Лср11- среднеарифметическое значение усилия прижима при проходке.

Значение коэффициента К должно поддерживаться в пределах 1,1... 1,25 в зависимости от уровня грунтовых вод и высоты перекрытия грунта, при этом отклонения назначаемого коэффициента находятся в пределах погрешности 4.. .6% при использовании рекомендуемой методики.

Методика отслеживания оптимальных значений противодавления в условиях щитовой проходки, диаметром 14,2 м (рис. 17) заключается в следующем. По среднему графику (1) усилия прижима ротора от времени в цикле «проходка + монтаж кольца» определен оптимальный коэффициент К, тогда как по нижнему графику (3) - повышенный, а по верхнему графику (2) -пониженный коэффициент. Второй и третий случаи требуют коррекции путем изменения давления бентонита. Для проверки такого метода отслеживания коэффициента К применительно к щиту с ротором 0 6,28 м были проведены промышленные исследования при проходке перегонных тоннелей мос-

ковского метро: первого участка - от ст. «Троице-Лыково» до ст. «Строгино», второго участка - от ст. «Шипиловская» до ст. «Борисово».

На рис. 18 представлены результаты испытаний на первом участке проходки с отслеживанием коэффициента К. Отслеживание осуществлялось с поддерживанием этого коэффициента на среднем значении 1,17 при сред-неквадратическом отклонении ±0,1. Его среднеквадратическое отклонение 5 в результате отслеживания было сокращено в 2,6 раза, что позволило уменьшить аналогичное отклонение показателя относительного объема перебора породы VI на 30%. Щитовая проходка второго участка велась с разной скоростью в водонасыщенных четвертичных песках различной крупности, с уровнем грунтовых вод в своде забоя и мощностью породного перекрытия около 9 метров.

Рис. 18. Коэффициент К превышения противодавления (1) и (2) и относительный объем перебора породы VI (3) и (4) соответственно до и во время отслеживания К в зависимости от длины проходки Т.

4001----«001- 12001---16001

Количество измерений (я)

Рис. 19. Зависимости давлений (кПа): Р, -грунта и среды (1), Р% - среды (2) иР3-грунта (3) на торец привода ротора 0 6,28 м от порядкового номера измерения я (за 2 суток и 6 циклов проходки)

На рис. 19 представлены результаты наших замеров давления на торец привода ротора для шести циклов проходки. Давление грунта и среды Л вычислялось по показателям давления в домкратах прижима ротора, давление среды Р2 - по приведенным для оси щита показателям датчиков давления, а давление Ръ грунта находилось как разность Р1 и Р2. Значение показателя Ри наиболее близкое к реальному показателю датчика давления пригрузной среды Рг, наблюдается после окончания каждой проходки во время монтажа обделки, когда становится адекватным противодавлению опорной среды бенто-

пита. Рекомендуется за действующее на ротор при проходке суммарное давление грунта и среды принять независимое от скорости щита, измеренное и приведенное к площади забоя среднеарифметическое значение усилия прижимных домкратов, вычитая из которого давление среды, можно получить действующую нагрузку от массива. Эта рекомендация лежит в основе технического решения по обеспечению коэффициента превышения противодавле-1шя, определяемого на основе измерения фактических усилий прижимных домкратов ротора, что позволяет оперативно уравновешивать переменное давление неустойчивого массива бентонитовым противодавлением. Обосновано седьмое научное положение.

Выполненный цикл исследований позволяет утверждать, что для обеспечения структурной и функциональной устойчивости ДПТТС щитовой проходки необходимо применять дискретно-непрерывный мониторинг не только неоднородностей в грунтовом массиве и извлекаемых объемов горной массы, но и пространственного положения элементов щита. Необходимо дополнительно контролировать давление со стороны массива и в зависимости от его значений обеспе'швать соответствующие управляющие силовые воздействия на проходческий щит.

Заключение

В диссертации, являющейся научно-квалификационной работой, на основании выполненных автором теоретических и экспериментальных исследований изложены научно обоснованные технические решения в области комплексного маркшейдерско-геофизического мониторинга для геомеханического обеспечения щитовой проходки тоннелей большого диаметра при изменяющихся инженерно- и гидрогеологических условиях, внедрение которых имеет важное значение для повышения эффективности, технологической и экологической безопасности освоения подземного пространства мегаполисов.

Основные научные результаты и выводы работы, полученные лично автором, заключаются в следующем.

1. Обоснованы технические решения по поддержанию устойчивого функционирования природно-технической системы «грунтовый массив -проходческий щит - тоннельная обделка» в сложных инженерно- и гидрогеологических условиях за счет управляющих воздействий на проходческий щит, характер и величина которых определяется информацией, получаемой

на основе дискретно-непрерывного маркшейдерско-геофизического мониторинга структурных неоднородностей массива, объемов извлекаемой горной массы и пространственного положения элементов щита.

2. Предложен и обоснован комплексный маркшейдерско-геофизичес-кий метод обеспечения структурной и функциональной устойчивости процессов щитовой проходки области твердых включений в массиве, базирующийся на раннем обнаружении, прогнозировании размера и координат сечения этих включений сейсмоакустической системой георазведки впереди щита, а при проходке через включения — на задании малой глубины внедрения резцов в них.

3. Разработан метод контроля гидрогеологического строения массива пород путем уточнения пространственного положения уровня грунтовых вод, основанный на мониторинге изменений извлекаемых объемов горной массы с одного усредненного значения до другого во время пересечения выработкой контакта пород с различным водосодержанием.

4. Установлено, что диапазоны изменения объемного или массового расхода извлекаемой при щитовой проходке горной массы значительно превышают погрешности измерения соответствующего расхода, что обеспечивает принципиальную возможность оценки объема вывала породы; с точки зрения минимизации погрешностей такой оцепки предпочтительнее использование данных мониторинга объемного расхода.

5. Предложен метод оперативного определения максимальной осадки земной поверхности г)тах по измеренным значениям объемов извлеченного грунта за текущий цикл и усредненным за последние пять и более циклов проходки, а также по углу сдвижения массива пород, диаметру и глубине расположения выработки.

6. Установлены закономерности, характеризующие влияние наклонов ротора и щита, скорости проходки, усилия проходки и противодавления па величину максимальной осадки земной поверхности, на основании которых показано, что минимум величины над выработками большого диаметра достигается без изменения скорости проходки при коррекции показателей наклонов ротора и щита в сторону их отрицательных значений, а усилия проходки и противодавления - в сторону увеличения их значений.

7. Установлена взаимосвязь между величинами осадки г]тах земной поверхности и поднятия Z обделки, заключающаяся в том, что увеличение одной из них приводит к уменьшению другой; поэтому для минимизации осад-

ки необходимо поддерживать величину 2 максимально допустимой в соответствии с технологическим регламентом.

8. Установлены закономерности влияния силовых воздействий (противодавления и проходческого усилия как первой группы факторов) и тангаж-ных отклонений (сверхсреза ротором и наклона щита как второй группы) на поднятие 2 обделки, позволившие разработать многофакторную модель управления таким поднятием, в которой оперативно минимизируется развитие сверхдопустимого поднятия обделки повышением значений показателей первой группы факторов и понижением - второй.

9. Обоснованы рекомендации по обеспечению заданного направления и наклона щита большого диаметра в условиях поднятия тоннельной обделки, заключающиеся в увеличении расстояния от забоя до маркшейдерских знаков на обделке, блочные элементы которой заняли стабильное положение, а также в заблаговременной корректировке высоты оси щита ниже проектного значения на величину, определяемую типом грунта.

10. По результатам натурных наблюдений и компьютерного моделирования установлена закономерность периодического изменения давления на ротор в процессе щитовой проходки, обоснован механизм такой периодичности, обусловленный дезинтеграцией грунта, и произведен геомеханический расчет протяженности зон дискретного деформирования массива перед ротором, а также расчет пределов изменения нагрузки на него для определения необходимого противодавления.

11. Обосновано техническое решение по мониторингу значений противодавления, заключающееся в измерении фактических усилий прижимных домкратов ротора для определения и установления коэффициента превышения противодавления; это позволяет оперативно уравновешивать переменное давление неустойчивого массива бентонитовым противодавлением, тем самым исключая сверхдопустимую осадку земной поверхности, а также предотвращая перерасход бентонитовой среды, закачиваемой в предзабойное пространство.

12. Основные технические решения по оперативному обеспечению устойчивости геосистемы щитовой проходки тоннелей большого диаметра с использованием комплексного маркшейдерско-геофизического мониторинга, а также рекомендации по геомехапическому расчету необходимого противодавления отражены в ряде нормативных документов Минрегиона России и

Некоммерческого партнерства «Национальное объединение строителей», разработанных с участием автора.

13. На основании исследований автором разработана «Методика расчета параметров пригруза при строительстве тоннелей метрополитена», утвержденная ОАО «Трансинжстрой» в 2011 г. и переданная в научно-исследовательские и производственные организации для практического использования.

Основное содержание диссертации опубликовано

- в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России:

1. Мазеин С. В., Потапов М. А. Мониторинг грунтового давления и объема выемки обводненного массива для безопасной проходки щитом // Безопасность труда в промышленности. - 2012. - №11. - С. 58-63.

2. Мазеин C.B., Потапов М.А. Измерение давления пеногруптовой компенсации в забое тоннелепроходческого щита для прогноза аварийных ситуаций техногенного характера // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2012. -№9. _с. 245-250.

3. Мазеин C.B. Методология обеспечения устойчивости природно-технических геосистем щитовой проходки тоннелей // Безопасность труда в промышленности. - 2012. -№7. - С. 69-72.

4. Вознесенский A.C., Мазеин C.B. Исследование вариации усилий прижима ротора и горизонтального давления грунтов при щитовой проходке выработок // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - 2012. - №2. -С. 38-45.

5. Мазеин C.B. Исследование усилий в гидроцилиндрах проходческого щита: тоннелестроение // Транспортное строительство. — 2011. — № 5. - С. 16 - 20.

6. Мазеин C.B. Приборный контроль, прогноз и регулирование рабочих параметров щитовой проходки // Горный информационно-аналитический бюллетень. -2011. -№ 11.-С. 90-96.

7. Мазеин C.B., Потапов М.А. Пепогрунтовая компенсация давления в забое тоннелепроходческого щита, ее контроль и прогноз // Горное оборудование и электромеханика. -2011. - № 4. - С. 12-16.

8. Мазеин C.B. Прогноз стадийности подвижек грунта в продольной мульде поверхности над тоннелем по контролируемым параметрам щитовой проходки // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2011. - № 3. - С. 288-293.

9. Мазеин C.B. Эффективность комплексного геотехнического обеспечения технологических процессов тоннелепроходческого щита // Горное оборудование и электромеханика. - 2011. - №2. - С. 2-8.

10. Мазеин C.B. Обоснование расчетных сопротивлений трения грунта и тоннельной обделки продвижению щитовой машины // Горное оборудование и электромеханика. - 2010. - №11. - С. 2-8.

11. Крохалев Б.Г., Мазеин C.B. Оценка технологических параметров щитовой проходки при сложной геологии грунтов // Безопасность труда в промышленности. - 2010. - №6 С. 17-20.

12. Мазеин C.B. Непрерывное геоакустическое зондирование (прогноз) включений и нарушенных зон в грунтах при щитовой проходке тоннелей // Горный журнал.-2010.-№5 .-С. 81-84.

13. Мазеин C.B. Исследование нрижимного роторного усилия и опускания грунта для прогноза суспензионного пригруза в забое проходческого щита // Горное оборудование и электромеханика - 2010. —№ 5. -С. 6-12.

14. Мазеин C.B. Использование характеристик прижима ротора для контроля запаса суспензионного пригруза при тоннельной щитовой проходке // Горное оборудование и электромеханика. — 2010. — № 3. - С. 2-8.

15. Мазеин C.B. Контроль инъекционного давления твердеющего раствора за обделкой тоннеля и проходческим щитом // Горное оборудование и электромеханика. - 2009. - № 11.-С. 41-45.

16. Мазеин C.B. Оптимизация оснащения ротора и периодичности замены режущего инструмента при щитовой проходке тоннельных и других выработок // Горный журнал. - 2009. -№ 10. - С. 84-86.

17. Мазеин C.B. Оперативный контроль объема и веса выемки грунта механизированной щитовой проходки тоннелей метрополитена // Горное оборудование и электромеханика.- 2009. - № 6 . - С. 2-7.

18. Мазеин C.B. Исследование поднятия колец блочной обделки при щитовой проходке тоннеля // Транспортное строительство. - 2009. — № 3. - С. 25-28.

19. Мазеин C.B. Оперативный контроль пористости грунта на тоннельной щитовой проходке // Горный информационно-аналитический бюллетень. -2009. — ЛЬЗ.-С. 106-115.

20. Мазеин C.B. Разработка математических моделей для прогнозных осадок дневной поверхности по данным контроля грунта и технологических показателей ТПМК // Горный информационно-аналитический бюллетень. -2009. -№ 2. -С. 98109.

21. Мазеин C.B., Вознесенский A.C. Влияние нагрузок от щита на вертикальную деформацию здания на поверхности вдоль трассы тоннеля // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2007. — № 11. —С. 155— 164.

22. Мазеин C.B., Павленко A.M. Зависимость осадок дневной поверхности от свойств породного массива и технологических параметров тоннелепроходческих механизированных комплексов (ТПМК) // Горный информационно-аналитический бюллетень. -2007. - № 6. - С. 171-176.

23. Мазеин C.B., Павленко A.M. Влияние текущих параметров щитовой проходки на осадку поверхности // Горный информационно-аналитический бюллетень. -2007,-№5.-С. 133-138.

24. Мазеин C.B., Вознесенский A.C. Акустическая разведка валунных включений на тоннелепроходческом механизированном комплексе. Необходимость и возможности прогноза // Горный информационно-аналитический бюллетень. -2006,-№5.-С. 78-87.

25. Мазеин С., Стафеев Г. Работа системы геофизического контроля на ТПМК диаметром 14,2 м // Горный информационно-аналитический бюллетень. -2005.-№6.-С. 85-88.

26. Мазеин C.B., Песков С.М. Опыт внедрения системы контроля режущего инструмента ротора на ТПМК «Херрепкнехт» // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2005. —№ 9. - С. 58-63.

- в прочих изданиях:

27. Мазеин C.B. Актуальность комплексного геомониторинга щитовой проходки при освоении подземного пространства // Мат. 8-й межд. конф. по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики / под ред. P.A. Ковалева. - Тула: ТулГУ, 2012. - Т. 1. - С. 322-328.

28. Voznesensky A.S. and Mazein S.V. Studying the variation of rotor pressing forces and horizontal soil pressure during shield tunneling // Journal of Mining Science, Vol. 48, No. 2. -2012. -P. 233-240.

29. Мазеин C.B., Потапов M.A. Анализ параметров современных щитов с разным типом пригруза, применяемых в метростроении с минимальными осадками городской поверхности // Тр. 4-й межд. науч.-техн. конф. «Основные направления развития инновационных технологий при строительстве тоннелей и освоении подземного пространства крупных мегаполисов». — М., 2010.— С. 128-130.

30. Мазеин C.B., Маслов М.И. Щитовая проходка тоннелей. Оптимизация поднятия колец блочной обделки по влиянию геологических и технологических параметров // Технологии мира. - 2010. —№ 03(21). - С. 35-38.

31. Мазеин C.B. Использование оперативного технологического контроля в прогпозе геотехнических процессов щитовой проходки транспортных тоннелей // Тр. межд. науч.-техн. конф. «Транспортные тоннели для будущих скоростных магистралей». - М., 2010. - С. 61-65.

32. Мазеин C.B. Контроль достаточности суспензионного пригруза по усилиям прижима ротора при щитовой тоннельной проходке // Тр. межд. науч.-техн. конф. «Современная механизация работ при строительстве тоннелей и освоении подземного пространства крупных городов». - М., 2009. - С. 114—116.

33. Мазеин C.B. Измерение технологических параметров щитовой проходки транспортных тоннелей // Метро и тоннели. - 2009. - №2. - С. 8.

34. Мазеин C.B. Измерение и прогноз рабочих параметров щитовой проходки транспортных тоннелей // Тр. межд. науч.-техн. конф. «Особенности освоения подземпого пространства и подземной урбанизации в крупных городах-мегаполисах. - М.: Метро и тоннели. - 2008. - С. 157-159.

35. Мазеин C.B., Стафеев Г.М., Маслов М.И. Непрерывный контроль деформаций кольца обделки при щитовой проходке тоннелей // Метро и тоннели. -2007.-№3.-С. 20-15.

36. Мазеин C.B., Вознесенский A.C. Возможности геофизического прогноза и текущего контроля инженерно-геологической обстановки на ТПМК «Хер-ренкнехт» // Докл. кругл, стола «Передовые технологии, оборудование и методы инженерно-геологических и геофизических изысканий и исследований при строительстве подземных сооружений». - М. - 2007. - С. 91 - 96.

37. Опыт геоакустической локации твердых включений при щитовой проходке тоннелей большого диаметра / C.B. Мазеин, A.C. Вознесенский // Сб. тр. XVIII сессии Российского акустического общества. - Т.1. - М.:ГЕОС, 2006. - С. 272-275.

38. Арбузов М.Ю., Мазеин C.B., Власов С.Н., Сшшцкий Г.М., Яцков Б.И. Итоги первого этапа проходки тоннелей в Серебряном Бору // Метро и тоннели. -2005.- №2. -С. 12-15.

39. Мазеин C.B., Соломатин Ю.Е. Активный пригруз забоя. Большие микс-щиты «Херренкнехт» в Москве // Метроинвест. - 2004. - № 4. -С. 18-22.

Подписано в печать 28.10.2013. Формат 60x90/16. Бумага офсетная 2,0 п. л. Тираж 100 экз. Заказ № 2716

и533^МОСКОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА

Лицензия на издательскую деятельность ЛР № 062809 Код издательства 5X7(03)

Отпечатано в типографии Издательства Московского государственного горного университета

Лицензия на полиграфическую деятельность ПЛД№ 53-305

119991 Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, 6; Издательство МГГУ; тел. (499) 230-27-80; факс (495) 737-32-65

Информация о работе

Мазеин, Сергей Валерьевич
доктора технических наук
Москва, 2013
ВАК 25.00.16

Автореферат

Комплексный маркшейдерско-географический мониторинг для геомеханического обеспечения щитовой проходки при освоении подземного пространства мегаполисов - тема автореферата по наукам о земле, скачайте бесплатно автореферат диссертации

Похожие работы