Ограждение из буроинъекционных свай

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 3

Буроинъекционные сваи в ряде случаев могут быть использованы в качестве подпорной стенки в грунте с целью ограждения глубокого котлована в стесненных условиях городской застройки.

Для увеличения жесткости стенки в связи с большой гибкостью буроинъекционных свай может быть рекомендовано:

- двухрядное расположение свай;

- дополнительное закрепление грунта вокруг свай путем инъектирования твердеющего раствора;

- устройство анкеров;

- объединение голов свай железобетонной плитой.

Толщина и несущая способность буроинъекционных свай может быть повышена в два и более раз с помощью разрядно-импульсной технологии (РИТ), основанной на использовании энергии электрических разрядов в грунте и в бетонных смесях.

Шпунтовые и балочные ограждения

Стальные шпунтовые ограждения в определенных инженерно-геологических и гидрогеологических условиях и при глубине котлована до 7 - 8 м по технико-экономическим показателям могут оказаться эффективнее других способов ограждения котлованов.

Применение этого вида ограждающих элементов, погружаемых, как правило, забивкой, может регламентироваться состоянием близрасположенных эксплуатируемых сооружений. Кроме того, шпунтовая стена относится к гибким видам крепления, поэтому ее целесообразно использовать при отсутствии вблизи бровки котлована значительных нагрузок.

Область применения шпунтовых ограждений по грунтовым условиям - пески и глинистые грунты, в том числе водонасыщенные, не содержащие крупных включений. Для облегчения погружения оправдал себя способ подмыва. Для обеспечения водонепроницаемости концы шпунтовых балок своими плоскостями соединяются в так называемые «замки», служащие также направляющими при погружении шпунта.

Конструкция ограждения котлована может выполняться из одного ряда секущихся грунтоцементных свай (например, диаметром 800 мм с шагом 650 мм) или с расположением свай меньшего диаметра в два ряда в шахматном порядке. Для крепления такого ограждения также могут быть применены грунтоцементные сваи, наклоненные под углом 30 - 45° к вертикали. Сваи ограждения и крепления объединяются поверху монолитной железобетонной обвязочной балкой.

Для повышения устойчивости стен, выполненных методом струйной цементации, применяют их армирование стальными трубами диаметром 500 - 600 мм или прокатными балками (h = 50 - 60 мм), располагаемыми с шагом 1,5 - 2 м вдоль стены.

Оборудование для реализации струйной цементации включает: буровую установку, растворонасос с давлением нагнетания цементного раствора 400 - 700 атм, шланги высокого давления, монитор и керамические сопла.

Основные параметры струйной технологии с использованием импортного оборудования следующие:

- водоцементное отношение раствора - В/Ц = 1;

- плотность портландцемента М500 - 3 т/м³;

- диаметр сопел - 3,2 - 4,0 мм (количество сопел - 1 - 2 шт.);

- диаметр подающего шланга - 25,4 мм;

- рабочее давление подачи раствора - 410 - 440 бар.

Применение технологии «jet-grouting» на ряде объектов Москвы в сложных инженерно-геологических условиях показало эффективность и перспективность этой технологии как при новом строительстве, так и при реконструкции зданий, выполняемых в условиях тесной городской застройки.

Лекция 5

Тема:Взаимодействие подземного объекта с окружающей природной средой.

При строительстве подземных сооружений необходимо проводить всесторонний учёт возможных последствий влияния возводимого сооружения на окружающую среду.

В целом, проблемы экологии подземного строительства характеризуются:

разработкой мероприятий по предотвращению возможных негативных последствий строительства подземных сооружений, включая предотвращение просадок зданий и сооружений на дневной поверхности, нарушение гидрогеологического режима подземных вод, предотвращение проникновения воды из напорных тоннелей в массив, приводящего к образованию размывов и карстов и т.п.;

выявлением в массиве горных пород зон разуплотнения, опасных для строительства подземных сооружений;

применением экологически эффективных технологий освоения подземного пространства;

необходимостью строительства подземных сооружений нового поколения, предусматривающих максимальный комфорт и безопасность пребывания в них людей.

За рубежом с середины 70-х годов прошлого века нашло широкое применение экологическое аудирование промышленных предприятий, смысл которого заключается в стимулировании деятельности производителя по предотвращению или снижению загрязнения окружающей среды В РФ экологическое аудирование промышленных предприятий стало проводиться лишь с середины 1990-х годов, и было связано с необходимостью соответствия производственной практики промышленных предприятий международным требованиям и стандартам для получения иностранных инвестиций и участия в международных проектах. Правовой основой этого процесса стали: Постановление правительства РФ № 1229 «О создании Единой государственной системы экологического мониторинга России» от 24.11.93 г. и Приказы Минприроды России: № 412 «Об экологическом аудировании» от 11.10.95 г. и № 540 «Об организации экологического аудита» от 29.12.95 г. С 1 апреля 1999 года были приняты государственные стандарты: ГОСТ Р ИСО 14001- 98, ГОСТ Р ИСО 14004-98, ГОСТ Р ИСО 14010-98, ГОСТ Р ИСО 14011-98 и ГОСТ Р ИСО 14012-98, базирующиеся на международных экологических стандартах качества ISO 14000.

В горнодобывающей промышленности разрабатываются методы аудита информации, получаемой при проведении горно-эколо- гического мониторинга, определяемого как специальная информационно-аналитическая система контроля и оценки состояния окружающей среды в зоне действия предприятий горнодобывающей промышленности. При этом горно-экологический мониторинг основывается на определении источников воздействия на окружающую среду каждого конкретного объекта горного производства (обогатительная фабрика, карьер, подземный рудник и пр.) и формировании на горнодобывающем предприятии системы наблюдательных сетей. Работа наблюдательных сетей носит, в первую очередь, статистический характер и позволяет своевременно получать необходимую информацию о состоянии окружающей среды и изменениях, происходящих в ней под воздействием горного производства. При аудировании полученной информации проверяются данные о существовании на предприятии системы горно-экологического мониторинга, годовые отчётные данные о влиянии горного производства на окружающую среду и достоверность предоставляемых данных

К настоящему времени назрела необходимость разработки систем экологического аудирования для проектирования, строительства и эксплуатации подземных сооружений, возводимых в крупных городах и городах-мегаполисах. В этом случае основная задача экологического аудирования — это не только независимое исследование всех аспектов хозяйственной деятельности промышленного предприятия для установления размера прямого или косвенного воздействия на состояние окружающей среды, подразумевающее статистическую констатацию существующего положения вещей, но и разработка мероприятий и рекомендаций по наиболее безболезненной интеграции подземного объекта в

геоэкологическую среду. Таким образом, основная задача экологического аудирования подземного строительства - соблюбение баланса между условиями сохранения или минимального нарушения природной среды и полного, качественного и экономически выгодного производственного процесса.

Экологическое аудирование должно проводиться уже на предпроектной стадии и включать в себя различные виды работ для разных стадий «жизни» сооружения.

1 До начала строительства - комплексный геоэкологический анализ территории, включая геомеханическое обеспечение , подземного строительства и прогнозирование гидрогеологиче- ' ских условий осваиваемой территории.

Геомеханическое обеспечение подземного строительства

включает:

решение задачи длительной устойчивости сооружения и ' контроля за напряженно-деформированным состоянием вмещающего массива;

определение влияния подземного объекта на окружающую его природную среду и инженерные сооружения, на весь период

' «жизни» объекта (строительство, эксплуатация, реконструкция, ликвидация).

Основной целью геомеханического обеспечения является. I - предотвращение аварийных ситуаций;

повышение безопасности и эффективности строительных

/1 Г)ЯППТ'

обеспечение сохранности и нормальных эксплуатационных качеств зданий, сооружений и инженерных сетей, находящихся в зоне влияния подземного объекта.

Работы по геомеханическому обеспечению выполняются в следующей последовательности:

оценка естественного напряжённо-деформированного состояния (НДС) вмещающего массива;

прогнозирование изменений НДС в результате строительных работ;

контроль за процессами, происходящими в массиве и на поверхности.

До начала ведения горнопроходческих работ геомеханическое состояние массива оценивается на основании данных инженерно-геологических и геоэкологических изысканий. Прогноз изменений состояния массива выполняется как для условий строительства и эксплуатации подземного сооружения, так и для вероятных аварийных ситуаций (разрушение крепи и обделки, прорывы в тоннель воды или плывунов, развитие карстов и т.п.).

При определении вероятности прорыва воды в тоннель необходимо оценить надёжность водоупора, отделяющего толщу пород, в которых проектируется выработка, от вышележащего водоносного горизонта, с учётом толщины водоупорного слоя, не нарушенного при проходке выработки. В зависимости от расположения подземного сооружения относительно этого слоя, он может деформироваться с образованием трещин (рис. 4.1): при изгибе слоя трещины зарождаются на участках выпуклости кривизны у верхней поверхности слоя и постепенно прорастают вниз; на участках вогнутости трещины зарождаются у нижней поверхности и прорастают вверх (рис. 4.1, а); если водоупорный слой находится в зоне влияния двух выработок, зоны растяжения от каждой выработки могут сливаться (рис. 4.1, б, в). Степень и характер нарушения водоупора необходимо учитывать при оценке его надёжности, выборе расстояния между выработками и технологии производства горнопроходческих работ

Одной из наиболее важных задач геомеханического обеспечения является контроль и управление деформационными процессами, протекающими в массиве горных пород и на его поверхности. В процессе возведения подземного сооружения нарушается естественное равновесие массива горных пород, что может приводить к деформациям и подвижкам. При этом, непосредственно над выработкой, образуется зона обрушения (рис. 4.2), над которой породы, прогибаясь, теряют сплошность и в них появляются трещины. Ещё выше толща горных пород расслаивается и слои прогибаются без образования трещин. Расположенные над выработкой здания и сооружения могут претерпевать определённые деформации. Если они не приводят к разрушению зданий и сооружений, не препятствуют их эксплуатации по прямому назначению и не создают опасных условий для находящихся в них людей, то такие деформации называют допустимыми. Величины допустимых деформаций определяются специальным расчётом. Сущность расчёта базируется на зависимости зоны влияния подземного сооружения от глубины заложения: с увеличением глубины заложения растёт зона влияния, но уменьшаются деформации поверхности. Затем рассчитывают де-

Рис. 4.1. Формы деформирования водоупорного слоя при различных расположениях выработок: 1 и 2 - трещины в слое, развивающиеся от его верхней поверхности, 3 и 4 - трещины, развивающиеся от нижней поверхности слоя, 5 и 6 — выработки

формации сооружений, находящихся в зоне влияния выработки. Далее определяют величину оседания горных пород над кровлей тоннеля, при которых деформаций земной поверхности не превысят допустимых значений. На основании полученных результатов выбирают способ ведения проходческих работ, виды крепи, типы применяемых машин и механизмов.

Подземные воды представляют собой наиболее динамичную компоненту геоэкологической среды, влияние которой особенно

Рис. 4.2. Области сдвижения горных пород: 1 — зона обрушения, 2 — зона трещинообразования, 3 — область прогиба, 4 — область сдвижений

сильно проявляется в условиях плотной застройки городских территорий. При разработке проектов строительства подземных и заглублённых сооружений необходимо проводить прогнозирование гидрогеологических условий осваиваемой территории на разные периоды времени:

краткосрочное прогнозирование - на период производства работ нулевого цикла;

среднесрочное прогнозирование — на период выполнения основных зтроительно-монтажных работ и ввода объекта в эксплуатацию;

долгосрочное — на период эксплуатации объекта.

Срок прогноза во многом определяет его точность: чем больше срок, тем меньше точность прогноза. Поэтому составленные прогнозы необходимо корректировать на основании гидрогеологического мониторинга, формирования и использования информационного банка данных.

Недостаточно полное изучение и учёт инженерно-геологических и гидрогеологических условий района строительства может привести к катастрофическим последствиям, как, например, это произошло в 1998 году при строительстве тоннеля диаметром 4 м, идущего под улицей Большая Дмитровка от Охотного ряда до Страстного бульвара в Москве. Тоннель длиной 740 м сооружался щитовым способом в условиях плотной городской исторической застройки на глубине 20-30 м. При внезапной встрече с водоносными песками, проникшими в тоннель, на поверхности произошло образование воронки диаметром около 30 м и объёмом около 500 м³.

В 1995 году произошло разрушение и затопление центральной части перегонного тоннеля метрополитена в Санкт-Петербурге, пересекающего палеодолину в районе станции «Площадь Мужества». В качестве причин специалисты рассматривают совместное действие несовершенства конструкции тоннеля,, построенного в 1971—1975 годах, и проявления ряда инженерно-геологических и гидрогеологических факторов, проигнорированных при проектировании.

2. Во время строительства — экологическая оценка: технологии производства работ, ликвидации строительной площадки, общего благоустройства территории. Например, при возведении горного тоннеля Адлер в Швейцарии вынутую породу использовали для засыпки отработанного гравийного карьера в зоне северного портала тоннеля. Гумусовые почвы, разработанные на участке открытых работ, использовали для рекультивации территории, нарушенной при строительстве, что позволило восстановить первоначальный ландшафт и провести на отдельных участках дополнительные лесопосадки [Дайджест зарубежной информации,].

Наиболее существенное вмешательство в экологию подземного пространства происходит на этапе строительства подземного сооружения, т.к. последствия техногенного вмешательства в существующую экосистему носят необратимый характер. При ведении подземных работ в городских условиях, кроме этого, необходимо обращать внимание на сохранность зданий и сооружений и на изменение гидрогеологического режима подземных вод.

С точки зрения экологичности все технологии производства подземных работ можно подразделить на:

технологии, неучитывающие экологические требования; технологии, учитывающие экологические требования в неявном виде;

технологии, в которых экологичность вторична по отношению к экономичности;

технологии, направленные на минимизацию негативного влияния на природную среду.

Многие годы при строительстве подземных сооружений использовались технологии 1-го и, частично, 2-го типов. Никак не учитывалось изменение сплошности скального массива при проведении буровзрывных работ, влияние цементационных завес и дренажей на гидравлический режим подземных вод, возможность полного осушения водоносных горизонтов и многое другое. Влияние возводимого подземного сооружения на экологию подземного пространства учитывалось лишь в том случае, если изменение инженерно-геологических и гидрогеологических условий вмещающего массива могло сказаться на надёжности и безопасности самого сооружения.

В последние годы, как за рубежом, так и в нашей стране, приоритет отдаётся технологиям 3-го и 4-го типов. Согласно МГСН 1.01-98 «...при разработке проектной документации должна обеспечиваться приоритетность вопросов охраны окружающей среды, рационального природопользования, защиты здоровья и формирования экологически безопасной среды обитания». При выборе способа производства работ всё чаще предпочтение отдаётся наиболее экологичным способам строительства. К ним можно отнести:

строительство стволов бурением;

способы бестраншейной прокладки инженерных коммуникаций;

способ «стена в грунте»;

новоавстрийский тоннельный метод (НАТМ);

опережающий экран;

щитовой и механизированный способы проходки, в том числе с пригрузом забоя.

Применение специальных методов строительства в сложных инженерно-геологических условиях, в частности, пеногрунтового пригруза забоя при щитовой проходке перегонного тоннеля метрополитена, расположенного в аллювиальных породах в г. Валенсия (Испания), позволило выдержать средние значения допустимых просадок земной поверхности в пределах 3 мм. Использование мылообразной пены, помимо снижения проницаемости и повышения устойчивости грунтового массива, повышает вязкость вынимаемой породы. При этом улучшаются её технологические свойства, снижается абразивность песчаных и гравийных фракций, повышаются эксплуатационные характеристики проходческого комплекса в целом.

Экологически безопасные технологии строительства и эксплуатации подземных объектов позволяют достичь нового уровня освоения подземного пространства за счёт:

более широкого использования подземного пространства, как среды обитания человека;

расширения областей применения щитовой и механизированной проходки и НАТМ;

творческого использования подземного пространства, строительства подземных сооружений нового поколения и развития подземных инфраструктур с учётом требований экологии;

применения современных подходов к проектированию подземных сооружений, базирующихся на таких дисциплинах, как подземная архитектура, строительная геотехнология, геоника[3] и пр.

Ещё одним важным аспектом подземной экологии является Защита подземных выработок и помещений от повышенных концентраций радона[4]. Радон повсеместно поступает в атмосферу из толщи земли, однако его концентрации в атмосферном воздухе весьма незначительны. В закрытых подземных помещениях эти концентрации, достигнув определённых величин, могут нанести ущерб здоровью людей.

Наиболее эффективным способом снижения концентрации радона является правильно подобранная и направленная вентиляция При этом не рекомендуется организовывать циркуляцию по помещению одного и того же воздуха. Количество радона, по поступающего из подземных вод, снижают путем тщательно организованной и выполненной гидроизоляции и дренажа

Лекция 6

Тема:Надежность и долговечность подземных сооружений. Аварийные ситуации при строительстве и эксплуатации подземных сооружений. Основные виды рисков в подземном строительстве. Надежность и долговечность подземных сооружений.

Эксплуатируемые и строящиеся подземные сооружения являются «зонами повышенного риска» и, в случае возникновения аварийной ситуации, представляют серьезную опасность для находящихся в них людей. Аварии в подземных выработках происходят чаще, а последствия их намного тяжелее, чем в других отраслях строительства: травматизм и гибель людей, длительное прекращение эксплуатации или удлинение сроков строительства, значительный экономический ущерб.

Авария — это внезапное общее или частичное повреждение оборудования, горных выработок, сооружений, различных устройств, сопровождающееся длительным (как правило, более смены) нарушением производственного процесса, работы участка или предприятия, сооружения в целом [Горная энциклопедия, 1984].

По степени наносимых убытков и размерам разрушения все аварии подразделяют на:

крупные — охватывающие всё сооружение и приводящие к прекращению его строительства или эксплуатации на длительный период времени;

местные — приводящие к разрушениям сооружения только на отдельных участках. Последствия таких аварий могут бить ликвидированы в короткие сроки.

* При подготовке данного раздела, в основном, использованы материалы [Власов, Маковский, Меркин, 2000].

Подземные выработки — это капитальные сооружения, срок службы которых составляет не менее 100—150 лет*. В течение этого периода времени они должны удовлетворять требованиям эксплуатационной надёжности и обеспечивать безопасность, долговечность, сохраняемость и ремонтопригодность как всего сооружения, так и отдельных его частей.

В практике строительства и эксплуатации подземных выработок могут происходить различные аварии, характер проявления которых определяется многочисленными факторами: протяжённостью подземного сооружения и размерами его поперечного сечения, местом расположения и глубиной заложения, инженерно-геологическими и гидрогеологическими условиями, технологией строительства.

В большинстве случаев, основными причинами аварий являются:

ошибки при изысканиях — в основном, возникают из-за неполного объёма разведочных работ и геотехнических исследований, а также из-за неадекватной оценки геотехнической ситуации;

ошибки при проектировании — могут быть вызваны принятием неудачных конструктивных и технологических решений, несоответствием расчётных схем конструкций действительности, нарушением требований правил и норм;

ошибки при строительстве — в основном, из-за низкого качества работ, использования дефектных материалов и изделий, нарушения проектных параметров и требований технических заданий;

ошибки при эксплуатации — связаны с несвоевременным и недостаточно полным обследованием, ремонтом и реконструкцией сооружения, нарушением штатных режимов вентиляции, освещения, водоотвода, правил безопасной эксплуатации. Кроме вышеперечисленных, причинами аварий могут стать: стремление к максимальным экономии и прибыли, неоправданное повышение скорости строительства, агрессивность окружающей среды, недостаточная согласованность между проектировщиками, строителями и эксплуатационниками, стихийные природные явления (землетрясения, лавины, наводнения).

Обычно, в первые 5—10 лет после строительства не наблюдается никаких серьёзных повреждений конструкций и эксплуатационного оборудования. Через 15—25 лет после начала эксплуатации возникают дефекты, связанные с резкими колебаниями температуры воздуха на припортальных участках, агрессивными водами, обледенением, осадками основания и т.п. Через SOTO лет проявляются последствия неудачного проектирования и строительства, явления старения материалов конструкции и окружающего грунта.

Самые распространённые аварии, как в строящихся, так и в эксплуатируемых сооружениях, связаны с:

обрушениями породы;

затоплениями;

загазованностью воздуха;

пожарами и взрывами;

антропогенными воздействиями.

Обрушением называется непредвиденное сдвижение горных пород с отделением от массива кусков, блоков, глыб и т.п. Его причиной является ослабление сил трения между отдельными частями массива, переходящих из состояния покоя в состояние движения. Чаще всего обрушения породы в забое или призабой- ной зоне имеют место при проходке горными способами в зонах слабоустойчивых грунтов с различными технологическими нарушениями. К ним относятся: продолжительное нахождение приза- бойного участка на временной крепи; несвоевременное и недостаточно надежное закрепление лба забоя; установка временной крепи недостаточной несущей способности и жесткости.

При проведении выработок закрытым способом обрушения обычно происходят в непосредственной близости от забоя выработки или в самом забое. При строительстве на глубине до 30 м в устойчивых породах проявляется разгружающее действие свода в грунте. Однако при нарушении этих условий, в частности, при водопритоке, разгружающий эффект исчезает и происходит обрушение породы (рис. 6.1, а).

При наличии тектонических нарушений обрушения могут происходить непосредственно в зоне тектонического нарушения или на её границе. В процессе проходки грунт стремится оседать вниз и перемещаться вдоль тоннеля в сторону портала. Во время пересечения тектонических зон, либо при наличии впереди по трассе тоннеля более плотного массива, смещение породы вперёд становится невозможным и происходит вывал (рис. 6.1, б).

водопритоке, разгружающий эффект исчезает и происходит обрушение породы (рис. 6.1, а).

Нередко вывалы могут происходить в призабойной зоне на расстоянии около 50 м от забоя, там, где исчезает поддерживающее влияние породного массива (рис. 6.1, в).

Другой причиной аварий является неверная оценка гидрогеологических условий: глубины залегания, режима и физико-химических свойств подземных вод. Проходка в водоносных грунтах ниже УГВ приводит к нарушениям в установившемся режиме подземных вод, что вызывает увеличение скорости фильтрации и активизацию физико-механического действия воды. При строительстве в толще водосодержащих грунтов происходит приток подземных вод в выработку, что может вызвать затопление

Частичное затопление подземного объекта вызывает нарушение его нормальной эксплуатации, повреждение элементов конструкции и инженерного оборудования, а внезапное сильное затопление — аварийную ситуацию с человеческими жертвами.

Загазованность воздуха в строящихся или эксплуатируемых подземных сооружениях выше допустимых пределов может привести к следующим аварийным ситуациям: отравлению людей, пожарам и взрывам легковоспламеняющихся и взрывоопасных веществ, газовой коррозии материала обделки и эксплуатационного оборудования.

Пожары и взрывы могут привести к разрушению обделки и временной крепи, обрушению породы, прорыву подземных вод, выходу из строя оборудования.

Пожары в эксплуатируемых подземных сооружениях чрезвычайно опасны в связи с ограниченным пространством, большим скоплением людей и трудностями их быстрой эвакуации, а также из-за удаленности сооружений от крупных гарнизонов пожарной охраны и источников воды, трудностей проникновения к очагу пожара и подачи достаточного количества огнетушащих веществ, а также отсутствия видимости.

Для развития пожаров в условиях подземного объекта характерны: быстрое задымление воздуха; высокая концентрация токсичных газов; возможность скопления горючих газов и паров во взрывоопасной концентраций; наличие высоких температур (до 1500 °С)

Основные виды рисков в подземном строительстве[5]

В процессе строительства и эксплуатации подземного сооружения возникают различные аварийные ситуации, связанные с ошибками в решениях изыскателей, проектировщиков, строителей и эксплуатационного персонала. Принятие того или иного решения зависит от множества объективных и субъективных условий и факторов. Учесть все условия и факторы, а затем активно на них воздействовать, не всегда возможно. Соответственно и принятое решение может иметь различный исход, как желательный, т.е. правильный, так и нежелательный — ошибочный. В любом случае, появляется неопределённость в прогнозировании исхода ситуации, т.е. имеется лишь некоторая вероятность достижения результата, или риск.

Риском принято называть вероятность достижения желательного или нежелательного результата от принятого решения*.

Как известно из теории вероятностей, вероятность р может принимать значения от 0 до 1. При р = 1 имеется полная уверенность в достижении запланированного результата, при р = 0 можно быть уверенным в том, что запланированный результат достигнут не будет. В обоих случаях для прогнозирования риска необходима полная и достоверная информация об объекте. Любое промежуточное значение р свидетельствует о недостаточности и (или) недостоверности информации для выработки правильного решения.

Все риски, возникающие при проектировании, строительстве и эксплуатации подземного сооружения, можно условно классифицировать — по природе возникновения: внешние, обусловленные различными внешними факторами (инженерно-геологическими и гидрогеологическими условиями, сбоями в поставках строительных материалов и оборудования или поставками некачественных материалов, проблемами финансирования и пр.), и внутренние, возникшие внутри системы (некачественно проведённые инженерные изыскания, нарушения технологий производства работ, выход из строя проходческого оборудования, нарушения строительных норм и правил техники безопасности и т.д.);

по принадлежности: ошибки изыскателей, проектировщиков, строителей, эксплуатационного персонала, поставщиков строительных материалов и оборудования, заказчика, инвестора и др.;

по времени возникновения и проявления: ошибка, возникшая при инженерно-геологических изысканиях или при проектировании, может проявиться лишь при строительстве или, что ещё хуже, при эксплуатации сооружения. Примером подобных ошибок может служить Лужнецкий метромост в Москве, а также широко известные аварии, связанные с прорывами плывунов в тоннели метрополитенов Москвы и Санкт-Петербурга;

по продолжительности проявления негативных последствий: длительные и кратковременные;

по интенсивности проявления и ущербу: крупные и местные;

по степени влияния на результат: незначительные — не оказывающие влияния на само сооружение, сроки строительства, не имеющие человеческих жертв и крупных материальных последствий; значительные - приводящие к изменению конфигурации или трассы подземного сооружения, увеличению сроков строительства, длительному выходу из строя проходческого оборудования, приводящие к травмам и гибели людей и крупным материальным последствиям; катастрофические, результатом которых является прекращение строительства или невозможность эксплуатации подземного объекта;

по реальности проявления — прогнозируемые и фактические.

Неизбежность возникновения рисков в процессе строительства и эксплуатации подземного сооружения требует разработки и применения методов прогнозирования рисковых ситуаций и реагирования на них для исключения или минимизации последствий Для качественного анализа причин и последствий возможных рисков применяют различные математические методы, в частности:

аналитический, базирующийся на жёстко последовательном расчёте по заданным формулам и нормативам;

алгоритмический — использующий систему логических построений, позволяющих более полно учесть имеющиеся условия и ограничения;

статистический — требующий наличия статистических данных об аварийных ситуациях на объектах-аналогах. Этот метод малоприменим при строительстве уникальных сооружений, каковыми являются многие крупные подземные объекты;

имитационное моделирование — позволяет наиболее полно и адекватно описывать все процессы, происходящие при строительстве и эксплуатации подземного сооружения и отслеживать последствия имитируемых и фактических сбоев. Для этого, нередко, общее алгоритмическое представление системы реализуется с помощью ЭВМ.

Наиболее сложной задачей становится количественная оценка последствий проявления каждого вида риска и их совокупности, связанная с существованием множества вариантов решений и, как следствие, неопределённостью рисковых ситуаций. Для выявления вероятности возникновения каждого вида риска необходимо составить классификацию всех возникающих рисков, произвести расчёт базовых значений рисков и выделить из них основные. В первую очередь на возникновение различных рисковых ситуаций при строительстве и эксплуатации подземных сооружений влияют факторы, представленные на рис. 6.6.

Математическое ожидание ущерба от принятого решения M°j можно оценить по формуле:

j=m

(1)

гдеpj — вероятность проявления возможных рисковых ситуаций,./ = 1, 2, 3, т — количество вариантов возможных рисковых ситуаций, Uy — величина ущерба при реализации i-го решения в j-ой рисковой ситуации или значимость г-го риска.

При наименее удачном решении значение M°i минимально, при наиболее благоприятном — максимально. В расчёте pj необходимо учитывать, что некоторые рисковые ситуации могут накладываться друг на друга во времени и в пространстве

Основные виды рисков в подземном строительстве

Все риски, возникающие при проектировании, строительстве и эксплуатации подземного сооружения, можно условно классифицировать: — по природе возникновения: внешние, обусловленные различными внешними факторами (инженерно-геологическими и гидрогеологическими условиями, сбоями в поставках строительных материалов и оборудования или поставками некачественных материалов, проблемами финансирования и пр.), и внутренние, возникшие внутри системы (некачественно проведённые инженерные изыскания, нарушения технологий производства работ, выход из строя проходческого оборудования, нарушения строительных норм и правил техники безопасности и т.д.);

—по принадлежности: ошибки изыскателей, проектировщиков, строителей, эксплуатационного персонала, поставщиков строительных материалов и оборудования, заказчика, инвестора и др.;

— по времени возникновения и проявления: ошибка, возникшая при инженерно-геологических изысканиях или при проектировании, может проявиться лишь при строительстве или, что ещё хуже, при эксплуатации сооружения. Примером подобных ошибок может служить Лужнецкий метромост в Москве, а также широко известные аварии, связанные с прорывами плывунов в тоннели метрополитенов Москвы и Санкт-Петербурга;

—по продолжительности проявления негативных последствий: длительные и кратковременные;

— по интенсивности проявления и ущербу: крупные и местные;

— по степени влияния на результат: незначительные — не оказывающие влияния на само сооружение, сроки строительства, не имеющие человеческих жертв и крупных материальных последствий; значительные - приводящие к изменению конфигурации или трассы подземного сооружения, увеличению сроков строительства, длительному выходу из строя проходческого оборудования, приводящие к травмам и гибели людей и крупным материальным последствиям; катастрофические, результатом которых является прекращение строительства или невозможность эксплуатации подземного объекта;

— по реальности проявления — прогнозируемые и фактические.

Для качественного анализа причин и последствий возможных рисков применяют различные математические методы, в частности:

—аналитический, базирующийся на жёстко последовательном расчёте по заданным формулам и нормативам;

— алгоритмический — использующий систему логических построений, позволяющих более полно учесть имеющиеся условия и ограничения;

— статистический — требующий наличия статистических данных об аварийных ситуациях на объектах-аналогах. Этот метод малоприменим при строительстве уникальных сооружений, каковыми являются многие крупные подземные объекты;

—имитационное моделирование — позволяет наиболее полно и адекватно описывать все процессы, происходящие при строительстве и эксплуатации подземного сооружения и отслеживать последствия имитируемых и фактических сбоев. Для этого, нередко, общее алгоритмическое представление системы реализуется с помощью ЭВМ.

Математическое ожидание ущерба от принятого решения M°j можно оценить по формуле:

j=m

(1)

При наименее удачном решении значение M°_i минимально, при наиболее благоприятном — максимально. В расчёте pj необходимо учитывать, что некоторые рисковые ситуации могут накладываться друг на друга во времени и в пространстве, а некоторые ситуации являются взаимоисключающими. Соответственно, величина риска будет увеличиваться или уменьшаться.

Факторы производственного риска

Организационные

Технические

Методы организации проходческих работ

Технология производства проходческих работ

Инженерно- геологические и гидрогеологические условия

Технологичность

проектных

решении

Надёжность оргаиизаниошю- зехничееких решений

Климатические условия

В соотношении между математическим ожиданием ущерба и разбросом случайных значений ущерба (дисперсией) всегда имеется некоторая точка безразличия. Для дискретных случайных величин дисперсия Д определяется как:

У=1

Чем больше дисперсия, тем, при меньшем среднем ущербе, раньше наступает точка безразличия. При значении дисперсии, равном нулю, гарантирован максимальный ущерб. При некотором значении дисперсии, равном D_e, наступает равновесное состояние.

По результатам качественной и количественной оценки рисков разрабатываются мероприятия по предупреждению аварийных ситуаций и нейтрализации их последствий.

Надёжность и долговечность подземных сооружений

Надёжность систем и технических устройств принято рассматривать как вероятность нормального функционирования устройства или системы в течение заданного промежутка времени при известных условиях окружающей среды в соответствии с требованиями государственных стандартов и норм[6]. Под надёжностью технологий подземного строительства понимают осуществление технологических процессов строительства подземного объекта без отказов за счёт обеспечения факторов надёжности строительных технологий.

Факторы надёжности строительных технологий предупреждают возможные отказы в процессе строительства: остановки, аварии, ущерб от негативных последствий. Эти факторы включают концепции безопасности строительства подземного сооружения;

разделение и предупреждение рисков в неопределённых, изменяющихся по трассе тоннеля или контуру сооружения инженерно-геологических условий;

избыточность и компенсирование набора различных технологий и технических приёмов строительства;

применение геофизических методов разведки для обнаружения опасных зон по трассе строительства;

специальные методы и технологии, предотвращающие негативное влияние нарушенных зон на процесс ведения проходческих работ и осадку поверхности, повышающих устойчивость подземных выработок;

методики подбора комплекса технологий и технических приёмов, снижающих возможные риски и последствия негативных ситуаций, а также повышающих надёжность строительства подземных сооружений.

Существуют четыре способа повышения надёжности при разработке различных компонентов и систем [Диксон, 1969]:

избыточность;

простота;

применение стандартных элементов с известной и проверенной надёжностью;

работа элементов и систем не на полную мощность, что позволяет увеличивать срок службы оборудования, но при этом увеличивает продолжительность и стоимость строительства подземного сооружения.

Основным направлением повышения надёжности подземного объекта принято считать избыточность.

Основные понятия и положения теории надёжности и долговечности подземных сооружений определены в положении «Основные направления строительного проектирования подземных объектов, 1991».

Надёжностью подземного объекта называется его способность сохранять своё функциональное значение в течение установленного срока эксплуатации. Соответственно, основным показателем надёжности сооружения является вероятность его безотказной работы.

Отказ объекта — это полная или частичная утрата несущей способности его составных элементов.

Долговечность объекта — это его способность сохранять работоспособность в заданных условиях эксплуатации. В качестве основных показателей долговечности подземного объекта приняты: ресурс; наработка до отказа, т.е. время безотказной работы от момента начала эксплуатации до наступления предельного состояния, соответствующего прекращению эксплуатации и реконструкции или ликвидации объекта; фактический срок службы. В соответствии с этим при проектировании подземных объектов необходимо нормирование вероятности безотказной работы сооружения в течение заданного срока эксплуатации. Допустимые значения показателей надёжности определяют в зависимости от последствий, к которым может привести отказ (табл. 6.1).

Надёжность конструктивных элементов определяется как вероятность того, что за период эксплуатации их несущая способность не выйдет за допустимые пределы. В качестве основного показателя, характеризующего несущую способность конструктивных элементов, принимается коэффициент запаса прочности, равный отношению предельной и действующей нагрузок. Значение коэффициента должно быть больше 1.

Таблица 6.1. Допустимые значения вероятности безотказной работы подземного сооружения в зависимости от последствий отказа

Последствия отказа	Допустимая вероятность безотказной работы
Катастрофические — полное разрушение объекта, разрушение оборудования, гибель людей	р 1
Имеющие значительный экономический ущерб — приостановление работы объекта, выход из строя оборудования	р > 0,99
Имеющие незначительный экономический ущерб — простои в работе объекта для ремонта	р > 0,90
Практически без последствий — только незначительные затраты на ремонт	р < 0,90

Отказы конструктивных элементов в процессе эксплуатации подземного объекта подразделяются на постепенные и внезапные. Внезапные отказы, в основном, характерны для скальных и полускальных пород. Чаще всего они вызваны тектоническими составляющими напряжённого состояния и накоплением внутренних изменений структуры горных пород. Интенсивность таких отказов принимается независящей от времени, а их совокупность во времени представляет собой математический ряд с экспоненциальным законом распределения, т.е. средняя наработка до отказа обратно пропорциональна его интенсивности. В этом случае функция надёжности конструктивного элемента записывается в виде:

е(Д)=^+.Ф(Д)1ехр(-А_/), (3)

у² J

где Ф(Д) — табулированная функция Лапласа, Д — характеристика безопасности, X — интенсивность отказов, t — время эксплуатации.

Характеристика безопасности А может быть определена как:

А- . "-¹ (4)

JU²_Rn²+U²_s-2KnU_RU_s

п — средний коэффициент запаса прочности, U_R — коэффициент вариаций предела прочности, U_s — коэффициент вариаций нагрузки, К — коэффициент корреляции между прочностью и нагрузкой.

Средний коэффициент запаса прочности:

п = -, (5)

R — среднее значение предела прочности, S — среднее значение нагрузки.

Интенсивность отказов — это величина, обратная средней, наработке до отказа Т:

А = 1 (6)

Средняя наработка определяется путём статистической обработки результатов натурных наблюдений за состоянием горных выработок.

[2] Категории улиц, дорог и варианты транспортных развязок приводятся в СНиП 2.07.01-89* «Градостроительство. Планировка и застройка городских и сельских поселений» и МГСН 1.01-99 «Нормы и правила проектирования планировки и застройки г. Москвы».

подземных пешеходных переходов.

Для увеличения пропускной способности по направлению основных магистралей могут сооружаться транспортные тоннели. Рамповые участки устраиваются по всей ширине тоннеля и состоят из двух частей, позволяя пропускать транспортные потоки над тоннелем (рис. 2.10). Аналогичные планировочные решения используются при проектировании транспортных тоннелей вдоль набережных.

[4] Радон - инертный радиоактивный газ, не имеющий запаха, вкуса и цвета. Он выделяется из радия - одного из продуктов распада урана, трудно образует соединения с другими веществами, но при этом сам разлагается на изотопы полония, свинца и висмута, называемые недолговечными продуктами распада радона. Изотопы радона и полония являются а-активными, свинца и висмута - (}- и у-активными и представляют собой взвешенные частицы и свободные ионы, проникающие в организм человека через дыхательные пути.

Небольшое количество урана и радия присутствует, практически, в любом грунте или скальной породе. Часть газообразного радона, образующегося при распаде радия, высвобождается и перемещается по порам и трещинам. В воздух зоны проходческих работ радон может попадать из подземных вод или со стен выработки.

[5] В данном разделе, в основном, излагаются основы теории производственных рисков применительно к подземному строительству.

[6] В дальнейшем примем, что рисковой является та ситуация, которая приводит к возникновению негативных последствий (аварий).

Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 439; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 23

Мы поможем в написании ваших работ!