Главная
Документы
4. Управление геомеханическим состоянием массива горных пород

Постановление Госгортехнадзора РФ от 17.09.1997 N 29 "Об утверждении Инструкции по наблюдениям за сдвижениями земной поверхности и расположенными на ней объектами при строительстве в Москве подземных сооружений" (вместе с "Инструкцией... РД...

4. Управление геомеханическим состоянием массива горных пород

4. УПРАВЛЕНИЕ ГЕОМЕХАНИЧЕСКИМ СОСТОЯНИЕМ

МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД

4.1. Составлению проекта наблюдательной станции должны предшествовать оценка и прогноз геомеханического состояния породного массива в районе строительства подземного сооружения и в зоне его влияния на объекты, расположенные на земной поверхности и в толще пород.

4.2. Оценка геомеханического состояния до начала горных работ производится на основании геологических данных и инженерных изысканий, при этом основное внимание уделяется определению природного (естественного) поля напряжений, характеристике тектонических нарушений, трещиноватости, слоистости, водообильности, карстообразования и других особенностей массива.

4.3. Прогноз изменения геомеханического состояния породного массива под влиянием горных работ производится как для типовых условий строительства и эксплуатации подземного сооружения, так и для аварийных ситуаций (разрушение крепи выработок, прорывов в них плывунов, развитие карстовых образований, активизация древних оползней и т.д.). Он состоит из определения ожидаемых параметров развития геомеханических процессов, основными из которых являются:

размеры и местоположения зон сдвижения;

значения максимальных сдвижений и деформаций;

характер распределения деформаций в мульде сдвижения;

общая продолжительность процесса сдвижения и периода опасных деформаций.

4.4. При прогнозе геомеханического состояния следует учитывать, что при аварийных ситуациях в породном массиве может образовываться 15 зон, отличающихся по характеру и степени деформирования пород, а также по последствиям, которые возникают при попадании объектов в эти зоны (Приложение 1).

4.5. Внешние границы мульды сдвижения на земной поверхности при подземном способе возведения сооружения следует определять по граничным углам, а внешние границы опасной ее части - по углам сдвижения. Значения этих углов зависят от свойств горных пород и определяются опытным путем. При отсутствии опытных данных значения граничных углов и углов сдвижения определяются по табл. 2. Углы разрывов принимаются на 10° круче углов сдвижения при f <= 1,5 и на 5° круче при f > 1,5.

Таблица 2

ЗНАЧЕНИЯ ГРАНИЧНЫХ УГЛОВ ДЕЛЬТА И УГЛОВ СДВИЖЕНИЯ

ДЕЛЬТА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ КОЭФФИЦИЕНТОВ КРЕПОСТИ ПОРОД

ПО М.М. ПРОТОДЬЯКОНОВУ

┌─────────────────────────────────────┬──────────────────────────┐

│ Значения коэффициента f │ Значения углов, град. │

├──────────────┬──────────────────────┼─────────────┬────────────┤

│ Среднее │ Предел изменения │ дельта │ дельта │

│ │ │ 0 │ │

├──────────────┼──────────────────────┼─────────────┼────────────┤

│0,1 │До 0,3 │40 │45 │

├──────────────┼──────────────────────┼─────────────┼────────────┤

│0,5 │0,3 - 0,7 │45 │55 │

├──────────────┼──────────────────────┼─────────────┼────────────┤

│1,0 │0,7 - 1,2 │50 │60 │

├──────────────┼──────────────────────┼─────────────┼────────────┤

│1,5 │1,2 - 2,0 │55 │65 │

├──────────────┼──────────────────────┼─────────────┼────────────┤

│2,5 │2,0 - 3,5 │60 │70 │

├──────────────┼──────────────────────┼─────────────┼────────────┤

│4,0 │3,5 - 4,5 │65 │75 │

├──────────────┼──────────────────────┼─────────────┼────────────┤

│5,0 │4,5 - 6,0 │70 │80 │

└──────────────┴──────────────────────┴─────────────┴────────────┘

4.6. Значения ожидаемых максимальных сдвижений и деформаций земной поверхности при подземном способе возведения сооружений следует вычислять по формулам:

а) максимальное оседание земной поверхности:

_____

эта = q m \/n n , (1)

m 0 1 2

где:

q - коэффициент, учитывающий характер затухания сдвижений от

выработки к земной поверхности, колеблется для условий Московского

региона в пределах от 0,7 до 0,9 (чем породы прочнее, тем q

меньше);

m - величина прогиба кровли выработки;

n , n - коэффициенты подработанности, определяемые из

1 2

выражений:

______

n = 0,9 \/D / Н;

1 1

______

n = 0,9 \/D / Н,

2 2

здесь D и D - поперечный и продольный размеры подземной

1 2

выработки;

Н - глубина расположения выработки. При значениях D и D > 1

1 2

принимаются n и n = 1;

1 2

б) максимальный наклон:

i = С m / Н, (2)

m i

где С - коэффициент, зависящий от горно-геологических условий

строительства и эксплуатации подземного сооружения, определяется

опытным путем. Значения С колеблются в пределах от 1,4 до 1,8;

в) максимальная кривизна:

К = С --, (3)

m k 2

где С - коэффициент, зависящий от мощности наносов и других

рыхлых отложений, определяется по результатам натурных наблюдений.

Значения С колеблются в пределах от 3 до 4, при этом чем больше

мощность наносов, тем больше значение С ;

г) максимальное горизонтальное сдвижение:

кси = С эта , (4)

m кси m

где С - коэффициент, зависящий от мощности наносов и других

кси

рыхлых отложений, определяется по результатам натурных наблюдений.

Значения С колеблются в пределах от 0,3 до 0,4, при этом чем

кси

больше мощность наносов, тем больше значение С ;

кси

д) максимальная горизонтальная деформация:

эпсилон = С -, (5)

m эпсилон Н

где С - коэффициент, зависящий от горно-геологических

эпсилон

условий проведения и эксплуатации подземного сооружения и мощности

наносов, определяется опытным путем. Значения С колеблются

эпсилон

в пределах от 0,6 до 0,8, при этом чем больше мощность наносов,

тем больше значение С .

эпсилон

4.7. Расчет ожидаемых сдвижений и деформаций в точках мульды

сдвижения следует производить по формулам:

эта = эта S(Z); (6)

х m

эта

i = +/- ---- S'(Z); (7)

х L

эта

К = ---- S"(Z); (8)

х 2

кси = 0,2 эта F(Z); (9)

х m

эта

эпсилон = 0,2 ---- F'(Z), (10)

х L

где:

эта , i , К , кси и эпсилон - оседание, наклон, кривизна,

х х х х х

горизонтальное сдвижение и относительная горизонтальная деформация

в точке с абсциссой Х (начало координат в точке максимального

оседания) соответственно;

L - длина полумульды (часть мульды между границей и точкой

максимального оседания), определяемая графически (рис. 1 - здесь и

далее рисунки не приводятся);

Z = Х / L - относительная координата;

S(Z), S'(Z), S"(Z), F(Z), F'(Z) - переменные коэффициенты

(функциональные зависимости), отражающие характер распределения

деформаций в мульде сдвижения. Численные значения этих

коэффициентов находятся из анализа результатов натурных

наблюдений. Усредненные значения указанных коэффициентов,

необходимые для приближенных инженерных расчетов ожидаемых

сдвижений и деформаций, приведены в табл. 3.

Таблица 3

ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ

S(Z), S'(Z), S"(Z), F(Z), F'(Z)

┌─────────┬───────────────────────┬───────────────────────┬───────────────────────┬───────────────────────┬───────────────────────┐

│Z = X / L│ S(Z) │ S'(Z) │ S"(Z) │ F(Z) │ F'(Z) │

│ ├──────┬───────┬────────┼──────┬───────┬────────┼──────┬───────┬────────┼──────┬───────┬────────┼──────┬───────┬────────┤

│ │ при │ при │ при │ при │ при │ при │ при │ при │ при │ при │ при │ при │ при │ при │ при │

│ │n >= 1│n = 0,8│n <= 0,6│n >= 1│n = 0,8│n <= 0,6│n >= 1│n = 0,8│n <= 0,6│n >= 1│n = 0,8│n <= 0,6│n >= 1│n = 0,8│n <= 0,6│

├─────────┼──────┼───────┼────────┼──────┼───────┼────────┼──────┼───────┼────────┼──────┼───────┼────────┼──────┼───────┼────────┤

│0 │1,00 │1,00 │1,00 │0 │0 │0 │0 │-4,51 │-8,60 │0 │0 │0 │0 │-7,4 │-9,4 │

│0,1 │0,99 │0,98 │0,96 │-0,19 │-0,48 │-0,83 │-2,10 │-5,17 │-7,83 │0,19 │0,73 │0,91 │-2,1 │-7,0 │-8,2 │

│0,2 │0,95 │0,90 │0,84 │-0,56 │-1,04 │-1,25 │-5,11 │-6,07 │-5,50 │0,56 │1,36 │1,59 │-5,1 │-5,6 │-5,2 │

│0,3 │0,86 │0,77 │0,66 │-1,20 │-1,63 │-1,89 │-7,25 │-5,17 │-1,91 │1,20 │1,83 │1,90 │-7,3 │-3,0 │-1,8 │

│0,4 │0,71 │0,58 │0,47 │-1,89 │-1,98 │-1,89 │-5,70 │-1,55 │1,79 │1,89 │1,91 │1,85 │-5,7 │0,7 │2,3 │

│0,5 │0,50 │0,39 │0,30 │-2,20 │-1,91 │-1,57 │0 │3,01 │4,33 │2,20 │1,67 │1,49 │0 │3,9 │4,3 │

│0,6 │0,29 │0,22 │0,16 │-1,89 │-1,44 │-1,09 │5,70 │5,68 │4,91 │1,89 │1,20 │1,04 │5,7 │5,1 │4,6 │

│0,7 │0,14 │0,10 │0,08 │-1,20 │-0,85 │-0,64 │7,25 │5,45 │3,97 │1,20 │0,71 │0,62 │7,3 │4,4 │3,7 │

│0,8 │0,08 │0,04 │0,03 │-0,56 │-0,41 │-0,31 │5,11 │3,56 │2,49 │0,56 │0,35 │0,32 │5,1 │2,8 │2,3 │

│0,9 │0,01 │0,01 │0,01 │-0,19 │-0,15 │-0,11 │2,10 │1,50 │1,10 │0,19 │0,13 │0,12 │2,1 │1,2 │1,1 │

│1,0 │0 │0 │0 │0 │0 │0 │0 │0 │0 │0 │0 │0 │0 │0 │0 │

└─────────┴──────┴───────┴────────┴──────┴───────┴────────┴──────┴───────┴────────┴──────┴───────┴────────┴──────┴───────┴────────┘

4.8. Общая продолжительность процесса сдвижения земной

поверхности Т над проводимой подземной выработкой

общ

рассчитывается по формуле:

Т = К Н / с, (11)

общ Т

где:

К - коэффициент, зависящий от механических свойств,

литологических и других особенностей массива горных пород,

определяется опытным путем. Его значения колеблются, как правило,

в пределах от 1,5 до 2,5;

с - скорость подвигания забоя выработки, м/мес.

Период опасных деформаций также устанавливается опытным путем

или рассчитывается по формуле:

t = р Т , (12)

оп общ

где р - коэффициент, определяемый по табл. 4.

Таблица 4

ЗНАЧЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА Р ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ПЕРИОДА ОПАСНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ

┌─────────────────────────────────┬──┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┐

│ эта / Т , мм/мес. │10│20 │30 │40 │60 │100│200│100│

│ общ │ │ │ │ │ │ │ │ │

├─────────────────────────────────┼──┼───┼───┼───┼───┼───┼───┼───┤

│р │0 │0,1│0,3│0,4│0,5│0,6│0,7│0,8│

└─────────────────────────────────┴──┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┘

4.9. При аварийных ситуациях следует учитывать, что в породном массиве, прилегающем к котлованам и поверхностным сооружениям, в пределах приоткосной зоны образуются поверхности скольжения, по которым происходят оползни. Размеры приоткосной зоны и местоположение наиболее вероятной поверхности скольжения могут быть определены по графикам рис. 2 и 3. Соотношение между размерами приоткосной зоны и местоположением наиболее вероятной поверхности скольжения показано на рис. 4.

3. Исходные данные и их классификация 5. Наблюдения за развитием деформационных процессов в толще пород, на земной поверхности и в сооружениях