авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 6 |

Обоснование методологии и разработка инновационных технических решений освоения подземного пространства мегаполисов

-- [ Страница 3 ] --

Подобное разделение блока Б обусловлено различным характером функционирования подземного сооружения и проявлением экологического эффекта на разных этапах жизненного цикла подземного объекта. Проявления природных и техногенных факторов в строящихся и эксплуатируемых подземных сооружениях во многом аналогичны, но обладают и особенностями, характерными для различных видов производства работ. На этапе строительства взаимное влияние природно-техногенных факторов носит характер внезапности и неожиданности, на этапе эксплуатации - это следствие длительных процессов разрушения и деформирования конструкций (за исключением таких видов проявлений, как пожары и взрывы).

Негативный экологический эффект на этапе эксплуатации подземного сооружения может проявиться только в том случае, если характер взаимодействия природных и техногенных факторов, возникающих при строительстве подземного сооружения, был оценен неверно или ряд факторов не был полностью учтен на этапе изысканий и проектирования.

Окружающая среда (блок Г) непосредственным образом влияет на формируемую систему АБВ в целом и на каждый из ее компонентов в отдельности. При этом основным элементом окружающей среды, испытывающим динамические изменения от функционирования системы «массив-технология-подземное сооружение-окружающая среда», является массив горных пород, вмещающий подземное сооружение. Через породный массив это влияние передается и на другие компоненты природной экосистемы. Таким образом, окружающая среда также испытывает влияние со стороны формируемой системы.

Кроме этого, блок Г рассматривает устойчивость функционирования системы с экологических позиций с учетом взаимодействия ПТГС и человека. Качественные и количественные характеристики фактического взаимодействия подземного сооружения с окружающей средой могут быть определены лишь на стадии эксплуатации подземного сооружения посредством различных методов контроля.

Следует учитывать, что породный массив, активно участвующий во взаимодействии с подземным сооружением, в реальных условиях не имеет «закрытых» границ и является структурной частью иерархии более сложной и крупномасштабной «внешней» части массива. Причем в условиях интенсивного освоения подземного пространства свойства и состояние этой (внешней) части геосреды постоянно изменяются. Это в свою очередь является еще одним фактором, влияющим на неоднородность, недетерминированность и нелинейность реакции среды даже на локальное внедрение в подземное пространство.

При современных масштабах освоения подземного пространства любой создаваемый на этом пространстве подземный объект не может рассматриваться изолированно от других подобных объектов. Их взаимное влияние может многократно усиливать аномалии в поведении вмещающей геологической среды и ее взаимодействии с объектами подземного строительства, что в свою очередь порождает проблемы охраны этой среды с тем, чтобы она могла выполнять свою специфическую экологическую роль. Таким образом, можно утверждать, что используемая в течение длительного времени в практике инженерно-геологических изысканий городских территорий модель геосреды, предполагающая однородность, непрерывность, линейность и неизменность ее свойств во времени, себя исчерпала. Так же, как исчерпали себя подходы, при которых геосреда считается пассивной, протекающие в ней геофизические процессы линейны, геофизические поля природного и техногенного происхождения не взаимодействуют между собой. Все более очевидным становится, что геосреда в верхней части геологического разреза, где и осуществляется подземное строительство, иерархически неоднородна, нелинейна по физическим свойствам и характеру протекающих в ней процессов, изменчива во времени и в пространстве, активна и пронизана геофизическими полями различной природы, которые взаимодействуют между собой. При этом не следует забывать и специфические условия верхней части геологического разреза, для которого характерны значительная вертикальная и горизонтальная изменчивость свойств пород и их анизотропия.

Принципиальная особенность инженерно-геологических условий освоения подземного пространства мегаполисов заключается в том, что значительная часть этого пространства представляет собой толщу техногенных грунтов мощностью до нескольких десятков метров. Этот слой имеет чрезвычайно сложный состав и структуру. Кроме того, в силу значительной пространственно-временной изменчивости структуры, свойств и состояния техногенных отложений их изучение и прогнозирование поведения традиционными инженерно-геологическими методами малоэффективно.

Одним из важнейших факторов, влияющих на состояние геологической среды в зонах подземного строительства, является постоянное воздействие сейсмических и вибрационных полей с относительно небольшой амплитудой, но при этом широкого частотного диапазона. Указанные поля имеют как естественную, так и техногенную природу. Как следствие, в этих зонах усиливается деформирование грунтов, активизируются процессы их оседания и потери устойчивости. Особую опасность и во многом непредсказуемость поведения геологической среды, где ведется подземное строительство, приходится ожидать в тех случаях, когда воздействия на нее сочетают динамическую (вибрационную) и статическую (связанную с высоким напряженным состоянием) составляющие.

Отмеченные выше особенности геологической среды в зонах интенсивного подземного строительства можно свести к трем главным сущностям: сложности, активности и нелинейности. Причем нелинейность с полным основанием может быть отнесена и к природно-техническим геосистемам (ПТГС) в целом.

Интенсивно осваиваемое подземное пространство городов может рассматриваться как совокупность различных по масштабам и назначению сложных природно-технических геосистем, взаимодействующих друг с другом через внешнюю среду. Причем уровень этого взаимодействия постоянно возрастает, поскольку с ростом числа и объемов геосистем та часть внешней среды, которая разделяет отдельные геосистемы и призвана играть роль своеобразных экологических экранов, постоянно уменьшается. Как следствие, при оценке и прогнозе рисков возникновения нештатных ситуаций, аварий и катастроф в любой из геосистем должны учитываться соответствующие риски и в других геосистемах.

Таким образом, с позиций безопасности или рисков освоения подземного пространства мегаполисов в работе это пространство рассматривается как единая сложная природно-техническая геосистема. Отдельные подсистемы такой ПТГС не связаны между собой жесткими функциональными связями и единой целевой функцией (как у традиционных сложных систем), но все же функционируют не изолированно друг от друга, а во взаимодействии между собой, пусть и не через специально организованные, а паразитные связи.

С учетом изложенного в работе ставится вопрос о номенклатуре, количестве и очередности строительства подземных объектов, о технически, технологически, экономически и экологически обоснованных пределах освоения подземного пространства мегаполиса в различных его районах.

Анализ опыта строительства подземных сооружений показал, что несмотря на их многообразие, для всех характерно наличие следующих регламентирующих признаков: функциональное назначение; глубина заложения; объемно-планировочные решения; условия строительства; параметры обделки; срок службы; ремонтопригодность и увязка с наземной и подземной инфраструктурой.

Уникальность каждого подземного сооружения определяется индивидуальным содержанием совокупности признаков, характеризующих каждое из них.

Надежную работу подземного сооружения гарантирует принятие оптимальных инженерно-технических решений, найденных для каждого основного признака с учетом взаимосвязей как между ними, так и с породным массивом.

Породный массив как сложная природная среда предоставляет многокомпонентную систему и рассматривается как система взаимосвязей фазовых состояний, причем эти взаимосвязи отражают многообразие причинно-следственных факторов природных, техногенных и антропогенных воздействий.

Основой построения таких взаимосвязей являются выявленные возмущения в природной среде, которые являются реакциями массива на технологические воздействия в реальном масштабе времени. В процессе проектирования учет этих взаимодействий реализуется путем включения в проектируемые технологии специальных мероприятий, направленных на снижение этого воздействия и обеспечивающих безопасность строительства и эксплуатации подземного сооружения.

По характеру проявления сложности и характеристике породного массива определяется тип сложных условий. В работе дана характеристика трех типов сложных горно-геологических условий, характерных для подземного строительства в Москве (сложные гидрогеологические условия, сложные геомеханические условия, сложные геоурбанизированные условия). Обосновано, что для выбора оптимального варианта условий строительства необходимо иметь данные районирования территории Москвы по степени пригодности для подземного строительства по всем рассмотренным типам сложных условий.

Определение типа сложных условий позволяет отобрать конкурентоспособные способы воздействия на массив и технологии строительства подземных сооружений, обеспечивающие экономические и технические преимущества, а также безопасность и комфортность условий труда.

В работе проанализированы все существующие методы и способы подготовки массива для создания условий ведения горнопроходческих работ при строительстве подземного сооружения и проведена классификация критериев оценки эффективности функционирования ПТГС в сложных гидрогеологических условиях.

Основная сложность заключается в том, что непрерывно в породном массиве протекают процессы с изменениями от техногенного и антропогенного воздействия и на всех этапах проектирования необходимо уточнять исходные данные. При этом возникает проблема с множественностью задач выбора, а также с тем, что каждая ситуация выбора может реализовываться в качественно различных вариантах, а именно:

  1. множество альтернатив в информационном поле выбора может быть очень большим;
  2. выбор оптимального варианта может осуществляться по одному или нескольким критериям, которые в свою очередь могут иметь как качественный, так и количественный характер;
  3. механизм выбора может быть однократным или повторяющимся;
  4. последствия выбора могут быть точно известны (выбор в условиях определенности), иметь вероятностный характер (выбор в условиях риска) или иметь неоднозначный исход, не допускающий введения вероятностей (выбор в условиях неопределенности).

Различные сочетания перечисленных вариантов приводят к многообразным задачам выбора, которые решаются при принятии управляющего решения в геосистеме.

В работе рассматривается методология принятия решения, когда каждую отдельно взятую альтернативу можно оценить определенным числом и сравнение альтернатив сводится к сравнению соответствующих им чисел.

Третья глава диссертации посвящена разработке геолого-технологического районирования и зонирования территории Москвы с прогнозированием пригодности участков для строительства подземных сооружений различного назначения.

Освоение подземного пространства городов тесно связано с необходимостью проведения детальных инженерно-геологических изысканий, поскольку информация о геологическом строении определяет выбор участка строительства и технологию ведения подземных работ. Поэтому целью исследований, изложенных в третьей главе, является районирование территории Москвы с учетом урбанизации ландшафта и геоморфологии по степени благоприятности условий строительства как по площади, так и на различных уровнях подземного пространства.

Для решения этой задачи были проанализированы данные о геологическом строении массива горных пород на территории г. Москвы и выделены районы со сложными гидрогеологическими условиями, обоснован выбор критериев и типизированы условия благоприятности строительства, проведено районирование каждого типа условий благоприятности строительства на различных глубинах.

При изучении участков земной коры были выделены структурные этажи.

Основой для их выделения явились: условия залегания пород; состав пород; степень их литификации; наличие разрывной тектоники и проявления магматизма. Характеристики этажей определялись стадией геологического развития участка земли.

Общим для каждой тектонической единицы являлось наличие покрывающего верхнего слоя структурного этажа, состоящего из нелитифицированных осадочных пород, и нижнего подстилающего структурного этажа, представленного магматическими и метаморфическими породами.

В работе приводится характеристика первого и второго структурных этажей, в уровнях которых и будет осуществляться освоение подземного пространства города Москвы.

Учитывались геологические факторы, которые предопределяют выбор технологии строительства подземных сооружений:

  • мощность рыхлых техногенных отложений, песчаных и глинистых пород;
  • степень обводненности рыхлых отложений (первый структурный этаж);
  • отметки залегания пластов глинистых пород (водоупоров) и зеркала грунтовых вод;
  • содержание раздельно-зернистых пород в толще рыхлых отложений;
  • содержание карбонатных пород во втором структурном этаже твердых и полутвердых пород;
  • наличие во втором структурном этаже песков и песков-плывунов;

- петрографический и минеральный состав второго структурного этажа; мощность пластов литотипов, входящих в его состав.

В работе установлено, что при проектировании подземных сооружений в толще первого структурного этажа следует учитывать тот факт, что строительство будет осуществляться в самых разных породах (техногенных отложениях, песках, супесях, песчаниках, суглинках, глинах). Полученные значения градиентов залегания глинистых пород позволили спрогнозировать протяженность участков, на которых возможно полное изменение литологии пород в забое выработки, и принять необходимые технологические решения.

Второй структурный этаж на территории Москвы состоит из полутвердых и твердых пород - известняков, песчаников, аргиллитов, алевролитов, плотных глин, сланцев и т.п. По тектоническим условиям и составу пород в этом структурном этаже могут быть выделены массивы платформенного, геосинклинального, промежуточного и горно-складчатого типов.

Установлено, что практически вся мощность второго структурного этажа находится в условиях обводненности.

Разработанные принципы геолого-технологического районирования и зонирования территории Москвы включают:

  1. определение вариантов литотипов пород, в которых возможно строительство подземных сооружений;
  2. составление поинтервальных разрезов в определенных точках территории города с фиксацией полученных схем взаимодействия литотипов горного массива с параметрами подземного сооружения;
  3. анализ полученных схем, с точки зрения использования существующих методов подготовки массива, и способов строительства подземных сооружений;
  4. разработку системы привязки точек, в которых характеризуются по глубине геолого-технологические условия строительства подземных сооружений;
  5. сбор и анализ информации об инженерно-геологических свойствах пород и их обводнённости.

На основании анализа семнадцати типов массива выделены три типа территорий, характеризующихся разной степенью пригодности для подземного строительства в Москве (рис.2).

Все типы горно-геологических условий разделены по основному признаку - стоимости комплекса мероприятий по борьбе с водой в период строительства и эксплуатации. Так, для первой группы она составляет до 30% стоимости возводимых сооружений, для второй – от 30 до 50%, для третьей – более 50%.

I тип территории на глубине до 10-15 м приурочен к участкам моренных возвышенностей, моренно-флювиогляциальных равнин, первой и второй пойменных террас р. Москвы с глубиной залегания грунтовых вод более 10м.

По величине параметров мульды оседания или призмы обрушения рекомендуется рассматривать три подтипа территории: I', I", I'".

Подтип I' - породы представлены преимущественно моренными суглинками мощностью 10 - 20 м, в основании сооружений - суглинки или пески.

Подтип I" - породы представлены песками мощностью 5-6 м, которые подстилаются суглинками мощностью 10-16 м.

Пески крупнозернистые, различной плотности, с прослоями супесей, суглинков, песков рыхлого сложения.

Суглинки - с прослоями песков, с включениями валунов.

Подтип I'" - породы представлены преимущественно песками различной зернистости и плотности, определяющими их прочностные показатели. Характерно наличие прослоев песков рыхлого сложения, линз иловатых супесей и суглинков. Мощность песков 10 - 20 м. Пески повсеместно подстилаются глинами и суглинками.

II тип территорий на глубине 10-15 м приурочен к участкам моренных возвышенностей, флювиогляциальных равнин, долинному комплексу р. Москвы и ее притоков с глубиной залегания грунтовых вод до 10 м, а также зонам, потенциально опасным по возможности проявления карстово-суффозионных явлений.

 Геолого-технологическое районирование территории Москвы: I - территории,-0

Рис. 2. Геолого-технологическое районирование территории Москвы:

I - территории, наиболее благоприятные для подземного строительства;

II - умеренно благоприятные для подземного строительства территории;

III - территории, неблагоприятные для подземного строительства.

Подтип II' - породы представлены моренными суглинками мощностью до 10 м, которые подстилаются обводненными песками.

Подтип II" - породы представлены обводненными песками мощностью 10-16 м.

Подтип II'" - породы представлены преимущественно крупнозернистыми песками с подчиненными прослоями суглинков, супесей, иловатых разностей при потенциально опасной возможности проявления карстово-суффозионных процессов с глубиной залегания грунтовых вод более 10 м. Мощность песков - от 10 до 30 м.

III тип территорий приурочен к долинному комплексу р.Москвы и р.Яузы, к зоне, где возможно проявление карстово-суффозионных процессов.

В зависимости от глубины залегания грунтовых вод, наличия в толще прослоя суглинков рекомендуется рассматривать три подтипа территорий- III', III", III'". Это самый неблагоприятный тип территорий для подземного строительства, характеризующийся разнозернистыми водонасыщенными песками, отсутствием водоупорных глин и наличием гидравлической связи отдельных водоносных горизонтов.



Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 6 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.