МЕТОДИКА КОНТРОЛЯ ДОПУСТИМЫХ ДЕФОРМАЦИЙ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ПОДЗЕМНЫХ КОММУНИКАЦИЙ

 

METHODS OF CONTROL OF  STRAIN  ALLOWED  UNDER  CONSTRUCTIONUNDERGROUND COMMUNICATIONS

 

Мустафин М.Г.,  Наумов А.С.

(Санкт-Петербургский государственный горный университет, г.С-Петербург, РФ)

M.G. Mustafin,А.S. Naumov (Saint Petersburg state mining university)

 

Статья посвящена вопросу оценке и контролированию опасных деформаций при возведении котлованов в условиях плотной застройки. Приведены результаты моделирования напряженно-деформированного состояния вмещающего грунта. Показана организация систематических наблюдений за деформированием котлована.

Article is devoted to assessing and controlling the risk of deformation during the construction of pits in a densely built-up. Results of modeling the stress-strain state of the enclosing soil. Shows the organization of systematic observations of the deformation of the pit.

 

Ключевые слова: массив горных пород, напряженное состояние пород, мониторинг, сдвижение пород, прочность пород, модель объекта. 

Keywords: rock mass, the stress state of rocks, monitoring, displacement of rocks, rock strength, the object model.

 

Интенсивное строительство зданий и сооружений, которое ведется в последние годы в Санкт-Петербурге, все более обостряет вопрос о контроле этого процесса. В ряде случаев строительство нового объекта представляет опасность для уже существующих строений. При проектировании строительства в условиях уплотненной застройки необходимо предвидение степени воздействия строящегося объекта на существующие. Комплексный подход к наблюдению за деформациями при строительстве подземных сооружений включает в себя: пространственное моделирование наблюдаемого объекта, натурные наблюдения, обработка данных и прогнозирование деформаций при дальнейшем строительстве.

Такой подход описывается в статье и приурочен к строительству тоннелей-водоводов на водозаборной станции Санкт-Петербурга. Данный объект представляет собой котлован 37,6×16,6м  и глубиной 8м, по периметру которого забурены буросекущие сваи Æ1500мм на глубину 22м. В дальнейшем планируется бурение свай внутри котлована, а также замораживающих колонок по контуру и внутри котлована.

Геология данного места сложная – пески и супеси средней плотности насыщенные водой, что говорит о неустойчивости массива. Средние значения сцепления пород колеблются от 0,01 до 0,001 МПа. Угол внутреннего трения около 30 градусов. Модули упругости пород также варьируют в широких пределах от 0,01 до 0,05 МПа.

Сначала было выполнено моделирование НДС грунта при возведении котлована без его укрепления. Моделирование осуществлялось с помощью программного комплекса «НЕДРА» [1]. При этом моделировалась нелинейная задача о перемещениях в упругопластическом массиве методом конечных элементов. Результаты расчетов показаны на рис.1.

Рисунок 1 -Результат моделирования НДС грунта

 

Расчеты показали, что возведение котлована без укрепления стенок вызовет опасные деформации на расстоянии, превышающем глубину котлована в обе стороны. Это недопустимо в условиях уплотнительной застройки. 

Далее смоделировано НДС грунта для случая укрепленных вертикальных обнажений котлована. Деформации, превышающие критические возникают в боках котлована. Зона опасных деформаций не превышает 4 м. и заглублена. На земной поверхности опасной зоны не возникает (рис.2).

Рисунок 2- Моделирование НДС грунта после возведения укрепляющих свай по периметру котлована (а – зоны разрушения, б – распределение горизонтальных деформаций)

 

С целью контроля развития деформационного процесса выполнены специальные наблюдения.

Полевые измерения мониторинга включают в себя:

·                        тахеометрические измерения деформационных реперов (установлены у контура котлована);

·                        инклинометрическая съёмка скважин (скважины пробурены между сваями у контура котлована).

Данные измерения в комплексе позволяют проследить за состоянием массива, как на поверхности земли, так и на всей глубине распространения деформаций.

Деформационные репера представляют собой призмы, жёстко закреплённые на ростверке котлована. Трубки для инклинометрической съёмки были помещены внутрь буросекущих свай на глубину 24 м.

Съёмка поверхностных реперов производилась тахеометром Leica1201+ с точностью 1мм от опорных призм, расположенных по периметру площадки. Съёмка скважин проводилась цифровым инклинометром фирмы Interfels с точностью ±2мм.

Первичные измерения (3 цикла) были произведены непосредственно перед бурением буронабивных свай внутри контура котлована. Были закоординированы устья инклинометрических трубок и деформационные призмы. Измерения с интервалами 5-7дней показали неподвижность (с точностью ±2мм) стенок котлована.

Измерения, которые проводились сразу после забуривания первых 5 свай, показали резкое смещение стенок внутрь котлована на 35 мм. На уровне днище котлована отклонение трубки составляет порядка 15мм (рис.3).

Рисунок 3 - Результаты инклинометрических наблюдений (с учетом воздействия скважин, пробуренных внутри котлована, начиная с 01.06.11 г.)

 

При достижении величины отклонения 45 мм, измерения проводились с интервалом в 1 день. Из графика видно, что за период с 02.09 по 19.06 отклонение составило 17 мм, после чего по центру котлована были установлены распорки (трубы Æ1200мм). Последующие измерения деформационных призм тахеометром показали, что сдвижение стенок в их верхней части практически прекратилось, но из графиков инклинометрии видно, что нижняя часть стены продолжает смещаться. После окончания  бурения свай (24.07) было проведено 3 цикла измерений, графики которых идентичны, что говорит о неподвижности стен котлована. Скорости смещения устьев инклинометрических трубок составили: максимальное значение в 4 мм/сут. наблюдалось при бурении первых свай. В дальнейшем скорость смещения составила около 1,5 мм/сут.

Выполненные исследования показали хорошую сопоставимость предварительных расчетов и проведенных наблюдений. Так, результаты моделирования почти совпали с наблюдениями за смещением верхней границы котлована, которые составили 30 мм (до бурения скважин внутри котлована, см. рис. 3). Интересным представляется применение in-place инклинометров, которые позволили отслеживать изменение деформирования грунта по всей глубине котлована у его границы в горизонтальном направлении. Их применение вместе с тахеометрической съемкой устьев скважин дает общую картину изменения поверхности стенок котлована. Важно также отметить, что контроль допустимых деформаций необходимо проводить на основе измерений деформаций земной поверхности вблизи зданий, подвергающихся опасному влиянию. По этим величинам можно заблаговременно определить тенденции процесса деформирования и не допустить критических деформаций в самих зданиях. Такая методика хорошо зарекомендовала себя при охране зданий и сооружений в зонах влияния горно-технических объектов [2].

Таким образом, приведенная методика весьма эффективно может быть использована при строительстве подземных сооружений в условиях мегаполиса.

Список использованных источников

1. Мустафин М. Г. Оценка влияния скорости подвигания очистного забоя на изменение динамики нагружения краевых частей выработки и характер сдвижения подработанного массива горных пород.- СПб, ВНИМИ, 2006. - С. 172-177.

2. Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях. СПб, 1998. 291 с. (Минтопэнерго РФ. РАН. Гос. НИИ горн. геомех. и маркшейд. дела -  Межотраслевой науч. центр ВНИМИ).