Работа посвящена изучению процессов сдвижений и деформаций поверхности при строительстве эскалаторных тоннелей метрополитена способом искусственного замораживания грунтов. Рассмотрены особенности технологии строительства и замораживания, характеристики пород, в которых производится проходка эскалаторных тоннелей. Представлены данные специально организованных, натурных маркшейдерских наблюдений за деформациями на земной поверхности. Определены основные факторы, влияющие на деформационные процессы в замороженной толще слоистого неоднородного массива с наклонной выработкой, показана сложность прогнозной задачи и необходимость упрощения расчетной схемы. Работа ориентирована на оценку наименее изученных геомеханических процессов пучений-поднятий и деформаций в периоды активной и пассивной стадий замораживания. При изучении процессов сдвижений земной поверхности и породного массива использовался метод конечных элементов и анализ полученных данных c использованием натурных наблюдений за сдвижениями. Для моделирования предложена упрощенная расчетная схема, позволяющая учитывать неравномерное влияние замораживаемых пород неоднородной слоистой толщи массива с крупной наклонной тоннельной выработкой. Показана удовлетворительная сходимость данных натурных маркшейдерских наблюдений на земной поверхности и результатов моделирования геомеханических процессов для периода активной и пассивной стадий замораживания. Предложенная схема расчета рекомендована для прогноза деформаций на стадиях подземного строительства, характеризующихся развитием на поверхности наиболее опасных для зданий и сооружений деформаций растяжения.
Приведены сведения о современных системах мониторинга, предназначенных для контроля состояния массива горных пород, зданий и сооружений, попадающих в зону влияния горных работ. Изложены принципы и особенности работы некоторых типов датчиков и систем. Показана актуальность проведения в России специальных научных и прикладных исследований для обеспечения внедрения систем контроля при реализации мероприятий по защите зданий и сооружений.
Рассмотрены проблемы нормативного и методического обеспечения оценки вредного влияния подземного строительства для условий Санкт-Петербурга. Дана характеристика основных действующих нормативных документов в сфере обеспечения охраны зданий и сооружений, разработанных в Российской Федерации. Изложены причины, определяююие неправомерность применения некоторых норм этих документов. Показана актуальность разработки документов, регламентирующих оценку вредного влияния горных работ на здания и сооружения, а также методику натурных наблюдений за сдвижениями. Предложены варианты обеспечения разработки указанных документов для условий Санкт-Петербурга.
Изложена методика лазерно-сканирующей съемки гидротехнических тоннелей общей протяженностью 2,7 км. Приведен визуальный способ обследования тоннелей, выполняемый параллельно с их нивелировкой. Рассмотрен способ деформационной оценки состояния тоннелей путем геометрического анализа 3D-моделей, полученных по данным лазерно-сканирующей съемки.
В работе рассмотрены проблемы применения теоретических методов механики сплошной среды для расчета сдвижений и деформаций горных пород при сооружении тоннелей. Основное внимание уделено учету в расчетах вертикальной асимметрии в распределении сдвижений в породном массиве вокруг тоннеля. Представлен краткий анализ причин проявления такой асимметрии. Предложен способ учета в расчетах вертикальной асимметрии в распределении сдвижений над и под тоннелем на основе феноменологического подхода с учетом особенностей функций распределения деформаций и данных натурных наблюдений.
Излагаются основные особенности геомеханических процессов, происходящих в массиве горных пород при проходке тоннелей и выработок подземных сооружений. Приведены принципы организации математического моделирования процессов сдвижений и деформаций горных пород для оценки вредного влияния подземного строительства на здания и сооружения. Изложены основные недостатки известных подходов к моделированию геомеханических процессов, даны рекомендации по решению ключевых задач расчета сдвижений в породном массиве. Представлены основные результаты применения комплексного подхода к прогнозной оценке сдвижений и деформаций при обеспечении строительства городских подземных сооружений в Санкт-Петербурге.
В настоящее время вопросы метрологического контроля в маркшейдерских работах имеют неопределенный статус. Действующий закон об обеспечении единства измерений не включает в сферу контроля маркшейдерские работы. Предлагается вернуться к практике самостоятельного выполнения калибровочных работ на сертифицированных полигонах.
Изложен способ оценки геомеханического эффекта дополнительной активизации деформационного процесса в породном массиве и на земной поверхности при сооружении двух и более параллельных тоннелей на основе теоретических решений механики сплошной среды. Подобная количественная и качественная оценка этого эффекта при расчетах напряжений получила широкое распространение в механике подземных сооружений и других прикладных областях. В маркшейдерских расчетах сдвижений и деформаций традиционно используются преимущественно эмпирические подходы. Приведенные решения позволяют осуществлять такие оценки и учитывать подобные геомеханические эффекты в расчетах сдвижений и деформаций.
Предлагается один из способов учета вертикальной асимметрии полей сдвижений в массиве горных пород, окружающем проходимый тоннель, на основе классических аналитических решений из механики сплошной среды. Для учета такой асимметрии используются функции сдвижений и деформаций, полученные для симметричных расчетных схем, и их преобразования с учетом выявленной поверхности нулевых сдвижений и деформаций под тоннелем.
Излагается способ определения граничного критерия для мульды сдвижения горных пород в массиве над сооружаемым тоннелем при использовании двухслойных расчетных схем в прогнозах оседаний земной поверхности. Предлагаемый способ применяется для условий проходки тоннелей Санкт-Петербургского метрополитена.
Традиционная фотопланиметрическая съемка сечений горных выработок с применением цифровых фотоаппаратов и видеокамер приобретает новое значение. Рассмотрена методика дистанционной съемки вертикальных технических скважин. Приведена схема установки оборудования на поверхности и размещение видеокамеры в скважине.
Рассматривается влияние сооружения двух колонных станций Санкт-Петербургского метрополитена. На основе сравнения этих последствий, а также математического моделирования стадий горно-проходческих работ дается анализ вероятных причин возникновения дополнительных оседаний земной поверхности над сооружаемыми станциями. Изложены возможные причины некоторых специфических проявлений геомеханических процессов, связанных с применением новой технологии проходки среднего зала колонной станции с опережающей крепью.
В статье приведены методы оценки техногенного воздействия горных разработок на геологическую среду, статистико-вероятностные модели распределения качественных показателей для районирования месторождений. Изложены основы методики использования GPS-аппаратуры и электронных тахеометров при мониторинговых наблюдениях за сдвижением горных пород, эргономика проведения этих наблюдений.
В статье предложена методика расчета прогнозных параметров мульды сдвижения на земной поверхности при сооружении тоннелей Санкт-Петербургского метрополитена, учитывающая анизотропию горных пород и влияние крепи, а также позволяющая учесть физическую нелинейность и фактор времени.
