Геомеханическое обоснование конструктивно-технологических параметров временной крепи при проходке транспортных тоннелей в трещиноватых породах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.20, кандидат технических наук Таймур Хаддад

• Таймур Хаддад
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Таймур Хаддад

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1.Особенности инженерно-геологических условий строительства автодорожных тоннелей в Иране

1.1.Автодорожные тоннели Ирана

1.2. Особенности инженерно-геологических условий Ирана

1.2.1.Инженерно-геологические условия по трассе тоннеля Талун

1.2.2.Начальное поле напряжений в массиве пород

1.2.3.Оценка прочности трещиноватых горных пород

1.3.Обоснование технологии сооружения тоннелей

1.3.1.Технология сооружения тоннелей горным способом в слабых скальных и полускальных породах

1.3.2.Проходка с применением тоннелепроходческих механизированных комплексов (ТПМК) и сравнение с горным способом

Выводы по главе 1

Глава 2. Исследование устойчивости незакрепленных выработок автодорожных тоннелей

2.1.Аналитический обзор методов оценки устойчивости незакрепленных выработок

2.1.1.Прогноз устойчивости выработок по условию вывалообразования

2.1.2 Классификация устойчивости скальных массивов по Бартону

2.1.3. Гипотезы сводообразования

2.2. Исследование влияния формы сечения на устойчивость выработки в слабых скальных породах

2

2.2.1.Обоснование расчетной схемы по МКЭ

2.2.2.Сравнительный анализ устойчивости выработок автодорожных тоннелей с вертикальными стенами и криволинейным контуром

2.2.3.Оценка достоверности численного анализа

2.3. Анализ результатов математического моделирования незакрепленной выработки

Выводы по главе 2

Глава 3. Геомеханическое обоснование параметров временной крепи выработок в трещиноватых скальных и полускальных породах

3.1.Аналитический обзор методов оценки устойчивости закрепленных выработок и расчет крепи

3.1.1. Временная крепь горных выработок и подземных сооружений

3.1.2.Современные методы расчета крепи горных выработок

3.2.Численный анализ влияния конструктивно-технологических параметров временной крепи на устойчивость выработки в трещиноватых скальных и полускальных породах

3.2.1.Основные принципы построения расчетных схем временной крепи выработки, работающей в режиме взаимовлияющих деформаций в геомеханических условиях северного Ирана

3.2.2.Оценка устойчивости закрепленной выработки в скальных и полускальных породах с нанесением сплошного набрызгбетона

3.2.3. Оценка устойчивости закрепленной выработки в скальных и полускальных породах с нанесением набрызгбетона и усилением крепи анкерам и (или) арками (комбинированная крепь)

3.3.Анализ результатов математического моделирования

3.3.1.Анализ результатов математического моделирования выработки, закрепленной сплошной набрызгбетонной крепью

3.3.2. Анализ результатов математического моделирования выработки, закрепленной комбинированной крепью

Выводы по главе 3

Глава 4. Рекомендации по конструктивно-технологическим проектным решениям временной крепи автодорожных тоннелей в различных инженерно-геологических условиях

4.1. Анализ существующих предложений по выбору комбинированной временной крепи

4.2.Практические рекомендации по результатам исследований

4.3.Использование " Методики Т" при проектировании проходки выработок в слабых и полускальных породах

4.3.1.Темпы скорости проходки выработки в породах с коэффициентом крепости f=2-6

4.3.2.Оценка скорости проходки выработки в породах с коэффициентом крепости f=2-4 с использованием методики Т

Выводы по главе 4

ЛИТЕРАТУРА

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Геомеханическое обоснование конструктивно-технологических параметров временной крепи при проходке транспортных тоннелей в трещиноватых породах»

ВВЕДЕНИЕ.

Актуальность работы. В северных районах Ирана осуществляется освоение богатейших природных ресурсов. В этих районах получат дальнейшее развитие предприятия металлургической и угольной промышленности, машиностроения и сельского хозяйство.

Решение этой проблемы немыслимо без' развития межрегиональных и международных транспортных связей. Развитие скоростных транспортных магистралей северного Ирана в условиях горного рельефа обусловливает необходимость устройства тоннельных пересечений высотных препятствий, в том числе, автодорожных тоннелей.

В связи с этим главным вопросом в процессе проектирования и строительства тоннелей является выбор технологии их сооружения - традиционным горным способом или с использованиемтоннелепроходческих механизированных комплексов ТПМК.

В специфических геологических и строительных условиях Ирана при выборе способа сооружений тоннелей, ориентируясь на мировой опыт, следует отдать предпочтение горному способу по новоавстрийской технологии (НАТМ).

При сооружении тоннелей горным способом в трещиноватых скальных породах важными вопросами являются выбор типа временной крепи и рациональной формы поперечного сечения выработки, обеспечивающих ее устойчивость до возведенияпостоянной крепи или обделки тоннелей.

Проблема определения нагрузок на временную крепь тоннелей большого сечения решалась К.П. Безродным, Б.А. Картозия, Н.С. Булычевым, A.A. Козыревым, В.Е. Меркиным, Н.И. Кулагиным,И.В.Баклашовым, А.Г. Про-

тосеней, H.H. Фотиевой, Д.М. Голицынским, Н.С. Власовым, Ю.Н. Ого-родниковым, О.В. Тимофеевым, М.О. Лебедевым, С.Е.Чирковым и многими другими.

При сооружении транспортных тоннелей в трещиноватых скальных породах под воздействием тектонических напряжений отсутствует метод выбора параметров временной крепи, поэтому тему диссертационной работы, направленную на разработку таких методическихрекомендаций,следует признать актуальной.

Целью диссертационной работыявляется геомеханическое обоснование конструктивно-технологических параметров временной крепи(формы поперечного сечения выработки, толщинынабрызгбетонной крепи, длины и шага анкеров, отставания временной крепи от забоя выработки) при соору-жениитранспортных тоннелей в трещиноватых породах под воздействием тектонических напряжений,что позволит обеспечить устойчивость выработки до возведения обделки, безопасностьгорно-проходческих работи уменьшение стоимости работ.

Идея диссертационных исследований. Основным грузонесущим элементом временной комбиниированной крепи является набрызгбетон, толщина которого не должна быть более 0,3 м, так как дальнейшее увеличение толщины может привести к увеличению напряжений в крепи, поэтому гру-зонесущая способность обеспечивается анкерной крепью, что установлено в результате компьютерного моделирования.

Основные задачи исследования.

■ Оценка влияния формы сечения на устойчивость выработки в слабых скальных породах и оценка влияния начального поля тектонических напряжений в породном массиве;

■ Математическое моделирование напряженно-деформированного состояния системы "временная крепь-породный массив";

■ Разработка метода определения нагрузок на временную крепь тоннелей;

■ Разработка рекомендаций по выбору конструкции временной крепи из набрызгбетона и комбинированной конструкции изнабрызгбетона и анкеровв автодорожных тоннелях Ирана;

Методы исследований. Исследования выполнены посредством математического моделирования системы «временная крепь-породный массив» с использованием метода конечных элементов (МКЭ), реализованного с помощью программного комплекса« COSMOS/M»

Основные научные положения, выносимые на защиту, и их новизна:

•При сооружении тоннелей горным способом в трещиноватых скальных породах в условиях действия тектонических напряжений предпочтение следует отдавать выработкам с криволинейными стенами и основанием; повышенная устойчивость таких выработок обеспечивает безопасность горных работ и снижает материалоемкостьконструкции временной крепи.

• В результате компьютерного моделирования установлена закономерность формирования устойчивого напряжённо -деформированного состояния временной крепив процессе взаимодействия с окружающим породным массивом в зависимости от коэффициента бокового давления в тектоническом поле начальных напряжений,сущность которой состоит в том, что ве-

личина смещений временной крепи из набрызгбетона и анкеров в породах с f=4 и А,=0,25, f=4 и А,=1,5 не должна быть более21 мм, в породах cf=:2 и А,=0,53, £=1,5 и Х=1 -не более 32 мм.

• В трещиноватых скальных породах с коэффициентом крепости по шкале М.М.Протодьконова£=2 тектонические напряжения негативно влияют на условия работы временной крепи из набрызгбетона и анкеров и требуют ее усиления арматурным каркасом, что следует из разработанного в диссертации метода выбора временной крепи автодорожных тоннелей большого поперечного сечения, учитывающего отставание временной крепи от забоя выработки, категорию устойчивости пород и взаимодействие временной крепи с породным массивом.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:

- использованием апробированныхметодов численного моделирования;

- удовлетворительной сходимостью величин расчетных нагрузок с ре-зультатамианалитических исследований других авторов;

- учетом и выполнением требований действующих нормативных документов;

- использованием опыта и разработок ведущих зарубежных фирм в исследуемой области.

Научное значение работы состоит в дальнейшем развитии существующих представлений о геомеханических процессах в породных массивах, закрепленных временной крепью при сооружении транспортных тоннелей.

Практическая ценность. Разработанная математическая модель позволяет определять деформированное и напряженное состояние системы «вре-

менная крепь- породный массив» при строительстве автодорожных тоннелей горным способом в трещиноватых скальных породах.

Полученные результатыи разработанный метод выбора временной крепи дают основания считать, чтов трещиноватых скальных породах при проходке тоннелей способом НАТМ временная крепь может быть выполнена из набрызгбетона класса ВЗО и комбинированной крепи с гарантированной прочностью до возведения постоянной обделки.

Реализация выводов и рекомендаций. Разработанная методика выбора временной набрызг-бетонной и комбинированной крепирекомендо-вана для проектирования автодорожных тоннелей, в частности в северном Иране.

Апробация диссертации. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на семинарах в учебно-исследовательском центре "Геомеханика" МГГУ (2011 г) и на Международной конференции в Екатеринбурге (2010 г).

Публикаций. По теме диссертации опубликованы 4 печатные работы в вузовских и межвузовских сборниках научных трудов, из них 3 работы в изданиях, входящих в Перечень ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из 4-х глав,заключения, 38 рисунков, 25 таблиц и 62 источников литературы.

Глава 1.Особенности инженерно-геологических условий строительства автодорожных тоннелей в Иране.

1.1.Автодорожные тоннели Ирана.

Развитие скоростных транспортных магистралей северного Ирана в условиях горного рельефа обусловливает необходимость устройства тоннельного пересечения высотных препятствий. Первый в Иране автодорожный тоннель «Кандован» длиной 1860м был построен в 193 8г. на трассе Тегеран -Чалус на высоте 2650м над уровнем моря. Ширина проезжей части тоннеля составляла всего 4,5м, а поэтому в 1990г было принято решение о реконструкции тоннеля с увеличением его пропускной способности за счет ушире-ния проезжей части. В процессе выполнения работ произошла серия крупных аварий, связанных в основном с несоответствием принятых конструктивно - технологических решений крепи характеру напряженно-деформированного состояния породного массива [1].

В связи с этимвозникла необходимость исследования конструкций временной крепи в строительстве горных автодорожных тоннелей в северном Иране. Актуальным для данного региона является выбор типа временной крепи и ее взаимодействие с массивом пород.

В настоящее время в Иране реализуется один из крупнейших проектов -автомобильная дорога Тегеран-Шомал[ 2 ]. Дорога длиной 121км соединит города Тегеран и Чалус на севере страны, включая 60 км тоннелей, из которых два - Алборз и Талун имеют протяженность соответственно 4,8 и 5 км. Для успешного выполнения намеченной программы строительства необходимо использовать более совершенные и экономичные конструкции и

способы сооружения, а также важно увеличить скорости сооружения тоннелей, так как это влияет на экономические показатели строительства целых участков автодорожных линий.

Скорости проходки тоннелей могут быть увеличены в несколько раз при переходе на способ проходки с раскрытием сечения на полный профиль, который создает условия для применения крупногабаритных высокопроизводительных горнопроходческих машин и механизмов. Вместе с тем это связано с увеличением объемов породы, разрабатываемой за один прием, и осложнением условий устойчивости выработок.

Для обоснованного выбора способа производства работ и типов несущих конструкций необходимо располагать методами, позволяющими дать прогноз устойчивости тоннельных выработок и оценить возможную величину нагрузок на конструкции крепи.

Аналогичные задачи решаются для целей разработки угольных и рудных месторождений, причем применение того или иного решения зависит от инженерно-геологических условий и физико-механических свойств горных пород, глубины заложения и размеров выработок, жесткости крепей и многих других факторов.

Поэтому необходимо, прежде всего, охарактеризовать специфические условия и особенности строительства горных автодорожных тоннелей, чтобы выбрать такие методы решения поставленной задачи, которые в наибольшей степени отражали бы эти особенности.

Анализ имеющихся сведений о перспективах тоннельного строительства в Иране позволяет определить условия строительства, освещает некоторые статистические данные о протяженности и глубине заложения большинства из намеченных к строительству тоннелей, что отражено в табл. 1.1

Табл. 1.1.Распределение тоннельных участков по протяженности и глубине заложения.

Глубина заложения тоннелей,м Накопленная частость, % Протяженность тоннелей, км Частость, %

более 0 100 0-1 75

и 200 73 1-2 10

и 400 35 2-3 2,5

а 600 10 3-4 5

а 800 5 4-5 7,5

и 1000 0

Рис. 1.1. Представляет диаграмму накопленных частостей заложения тоннелей по глубине в северном Иране.

юо 90

80 70

so so

40

30

го

10

О 200 400 ¿00 »00 И00

глувина заложения тоннелей, м

Рис,1.1, Диаграмма накопленных мастостеет гл^вине заложения тоннелей в северном Иране

Диаграмма распределения частостей (рис. 1.2) показывает, какой процент общей длины составляют тоннели, протяженность которых находится в указанных интервалах (0-1 км, 1-2 км и т.д.).

80

70 60

50 40 30

го 10

г 3 4 5

протяженность тоннелей,км

Рис.1,2 Диаграмма распределения иастостеи и протяженностеи тоннелей в северном Иране.

Приведенные данные свидетельствуют о том, что:

во-первых, большинство из намеченных к строительству тоннелей залегает на глубине до350 м, причем большая часть их расположена на глубине до 200м.

во-вторых, протяженность 75% тоннелей на перспективных линиях не превосходит 800-1200 метров.

1.2. Особенности инженерно-геологических условий Ирана.

Иран расположен в западной и центральной части иранского нагорья и в юго-восточной части армянского нагорья, занимающего северо-западный угол страны. Отсюда к югу и юго-востоку расходятся двумя ветвями северные и южные окраинные горы с вершинами выше 3-4 тыс. м и более. Между окраинными горами заключены внутренние плоскогорья высотой 1000-2000м, среди которых поднимаются островные цепи Восточно-иранских гор высотой свыше 4км.

Территория Ирана лежит в пределах альпийско-гималайского горного пояса. Движениями третичного и четвертичного возраста здесь смяты, разбиты разломами и частично подняты на большие высоты разнообразные осадочные и метаморфические породы палеозойского, мезозойского и кайнозойского возраста. Новейшим поднятиям сопутствовал интенсивный вулканизм. Окраинные горы поднимались быстрее, чем внутренние районы, что привело к изоляции последних от влияния ветров, к прекращению периферического оттока и высыханию озер, к отложениям соли и гипса, к перегрузке плоскогорий неудаляемым щебнем. Большей части Ирана свойственна сейсмичность, территория Ирана имеет сложную и длительную геологическую историю; здесь распространены формационные комплексы, охватывающие всю шкалу геологического времени от протерозоя до современных отложений, которые чрезвычайно разнообразны по составу, происхождению и степени дислоцированности. Благодаря этому, на территории Ирана выделяются многочисленные структурно-формационные зоны, отчетливо различающиеся между собой по условиям формирования.

Территория Ирана в тектоническом отношении стала рассматриваться в качестве ключевой для понимания истории геологического развития всего

среднего востока. Особенно усилилось внимание к геологии Ирана в связи с развитием теории тектоники литосферных плит.

В тектоническом отношении Иран располагается в пределах восточной части Средиземноморского или Альпийско-Гималайского складчатого пояса. История этой структуры чрезвычайно сложна и длительна, но современные черты ее строения определились в связи с альпийскимтектогенезом, протекавшем в условиях сближения крупных литосферных плит Аравии и Евразии. Новейшим тектоническим этапом являются межгорные и внутренние депрессии, некоторые из них заняты морскими бассейнами с глубоководными впадинами (Каспийское море)[3,4].

В северном Иране на трассе большинства тоннелей преобладают горные породы с крепостью по М.М.Протодьяконову от / =2,0 до / = 4,0 [4]. Характерной особенностью начального напряженного состояния породных массивов является искажение гравитационного поля напряжений воздействием тектонических напряжений. Так в работе [4] отмечается, что в большинстве случаев на глубине от 200 до 350 метров тектонические силы пространственно перераспределяют напряжения в массиве, образовавшиеся под действием сил гравитации. При этом горизонтальная составляющая тензора напряжений в породном массиве превосходит вертикальную (соизмеримую с гравитационнымполем напряжений) в 1,5 раза. В этих условиях предполагается строительство новой автодорожной трассы тоннеля Талун.

1.2.1.Инженерно-геологические условия по трассе тоннеля Талун.

Участки проектируемого строительства автодорожных тоннелей Талун располагаются к северу от г. Тегерана на трассе магистрали Тегеран-Чалус в горном районе. В тектоническом отношении тоннели находятся в пределах

Эльбрусской складчатой системы. Массив горных пород, вмещающий проектируемый тоннель Талун, в основном сложен вулканогенно-осадочными отложениями верхнего и нижнего Эоцена (karaj-formation), покрытыми повсеместно чехлом отложений четвертичного возраста.

На основании данных материалов изысканий иранской стороны и Департамента геологической службы ИРИ (ДГИ) выполнены геологические съемки поверхности трассы тоннеля Талун, и по имеющейся карте масштаба 1:250 ООО для данной территории можно сделать вывод, что массив горных пород сложен вулканическими и магматическими образованиями нижнеэо-ценового возраста формации Карадж (соответственно 63% и 37% от общей протяженности характеризуемого участка) [5].

Вулканические породы представлены туфами нелитовыми, алевритовыми и псаммитовыми (мелкозернистыми) первоначально зеленовато-серого и серовато-зеленого цветов.

Характер залегания пород резко меняется в пределах блоков, на которые массив разбит разрывными тектоническими нарушениями. Магматические породы представляют собою породы серого и темно-серого, местами до черного, цветов, мелко и среднезернистые, участками порфировидные, с массивной текстурой.

По химическому составу они относятся к андезитам, на некоторых участках замещающимися андезитно - базальтами. Контакты андезитовых тел с вмещающими их туфами повсеместно тектонические, при этом, отмечаются два типа таких контактов. Первый тип проявляется в виде собственно тектонического нарушения мощностью до 0,3-0,5 м, реже более. При этом деформации вмещающих пород выражаются лишь в повышенной степени их трещиноватости в зоне мощностью от 3 до 7-10 м. В пределах указанных зон слои туфов разделены на отдельные блоки размером от 1-3 до 5м и бо-

лее в поперечном сечении. При этом блоки часто имеют округлые формы и скорлупоподобную текстуру по краям. По контактам между всеми блоками наблюдаются: глинка трения, тектонические брекчии сильно рассланцован-ные мощностью до 10-20 см, по углам - до 0,3 - 0,5м. Характерно для этих разностей пород присутствие зеркал скольжения. По всем таким признакам можно сделать вывод, что округлость форм отдельных блоков туфов обусловлена их перемещением при внедрении андезитов в толщу туфов. Последнее сопровождалось и широким проявлением в туфах контактового ме-теморфизма, выразившимся в заметном изменении минералогического состава пород. В результате этого породы изменили свой первоначальный цвет с зеленоватыми оттенками на серые от темного до почти белого. Внешняя граница зоны контактового метаморфизма более или менее отчетливая. Это обусловлено, по-видимому, различными физическими и химическими свойствами отдельных слоев туфов.

Трещиноватость массива горных пород.

Трещиноватость во многом определяет состояние и свойства скальных пород и поэтому является их важнейшей характеристикой. Изучение тре-щиноватости пород велось при помощи документации трещин, которые выполнили специалисты фирмы Ланиз после инженерно-геологической зарисовки и описания пород в дренажно-вентиляционной штольне, и составлением круговой диаграммытрещиноватости путем нанесения замеров элементов залегания трещин на сетку В. Шмидта. Также проводилось изучение трещиноватости с целью определения степени трещиноватости путем линейных замеров количества следов трещин на поверхности тоннелей.

Составленная диаграмма трещиноватости позволяет выделить системы трещин и их ориентировку по отношению к оси тоннелей и наглядно представить, какие системы трещин могут влиять на устойчивость массива.

Трещиноватость исследуемого участка тоннеля Талунпредставлена 7-6 системами трещин, из которых три основные [23]:

1. азимут падения - 100-130°, угол падения - 50-70°;

2. азимут падения - 200-240°, угол падения - 40-60°;

3. азимут падения - 15-35°, угол падения - 40-55°.

В основном, в тоннеле Талун по ширине раскрытия выделено три разновидности трещин: крупные, средние и мелкие тектонические трещины. Преобладающими являются мелкие, реже средние и редко крупные с заполнителями (монолит, брекчия и кальцит).

На всем исследуемом участке по плоскостям крупных и средних трещин отмечаются зеркала скольжения. Выделенные системы трещин на круговой диаграмме позволили определить угол встречи между простиранием трещин и направлением тоннеля Талун.

Неблагоприятными для устойчивости пород в тоннеле Талун являются в основном 1 система и реже 3, где их угол встречи составляет примерно 10°. Безопасными являются остальные системы, где их угол встречи составляет примерно 30°.

Степень трещиноватости в тоннеле Талун характеризуется как средняя (40% характерно для туфов), слабая (38% характерно для андезитов) и сильнаятрещиноватость22%[ 6].

Физико-механические свойства пород.

Механические характеристики пород определялись с помощью лабораторных исследований стандартных образцов пород, (табл. 1.2) образцов пород неправильной формы на приборе «PointLoad» в соответствии с Sugges-tedmethoddeterminingpointLoadstrong (ISRM-1984) и опробования пород на трассе тоннеля молотком Шмидта.

Временное сопротивление пород одноосному сжатию.

Для пород в воздушно-сухом и водонасыщенном состоянии исследования выполнены только на образцах стандартной формы для туфов серых и для андезитов. Испытания проб пород неправильной формы выполнялись для условий их естественной влажности:практически, все пробы исследовались в день их отбора и хранения в полиэтиленовых пакетах. Выполненные исследования показали, что большинство пород для тоннеля Талун относятся

к разновидности прочных и очень прочных. Так, предел прочности Фбдля

андезитов изменяется от 110 до 150 МПа. При этом, наибольшая их прочность свойственна не столько собственно андезитам, сколько андезито-базальтам. Для туфов зеленовато-серых as ~ 80-90 МПа, для туфов серовато-зеленых as ~ 90-120 МПа. Туфы серые зон контактового метаморфизма имеют в основном as -70-80 МПа, а на некоторых участках - до 35-40 МПа. Последнее объясняется выветриванием таких туфов при обнажении. Серые и светлые туфы глыбовые в зонах тектонических нарушений обладают пределом прочности до 110 МПа[23].

Плотность пород у определялась по данным лабораторных исследований (табл. 2) и по ВСН 49-86 (РФ). При этом, для всех разностей андезитов принято у = 2,8 г/смЗ; для туфов серых -у =2,6 г/смЗ; для туфов остальных типов - у =2,7 г/смЗ.

Табл. 1.2

Породы КП f Е,МПа Параметры сопротивления сдвигу массива скальных пород

В массиве по площадкам сдвига не приуроченным к поверхностям ослабления По трещинам

С,МПа С,МПа

Андезиты 2 5 6.103 1,2 1,3 1 0,2

Андезиты 2 6 8.103 1,2 1,3 1 0,2

Туфы зеленовато-серые 2 5 6.103 1,2 1,3 0,9 0,15

Туфысероватозеленые 2 5 8.103 1,2 1,3 0,9 0,15

Туфы серые 3 2 3.103 1 0,8 0,5 0,02

Туфы серые 3 4 4.103 1 0,8 0,7 0,06

Туфы серые 3 4 5.103 1 0,8 0,7 0,06

Туфы серые 2 5 5.103 1,2 1,3 0,9 0,15

Туфы серые 2 4 4.103 1,2 1,3 0,9 0,15

Туфы серые 2 4 4.103 1,2 1,3 0,6 0,03

Здесь: КП - Категория пород (по ВСН-34-72-019-89, РФ), Ы - коэффициент крепостипород в массиве, Е - модуль деформации пород в массиве.

Деформационные характеристики пород (Е) определялись также на основании рекомендаций ВСН 34-72-019-89 (РФ) для массива и представлены в табл. 1.2, модуль деформации для андезитов, туфов зеленовато - серых и серовато-зеленых Е = 4.103 - 6.103 МПа. Для туфов серых в зависимостиот величины их коэффициента крепости пород в массиве, степени трещинова-

3 3

тости и вида заполнителя трещин приняты значения Е=3.10 -5.10 МПа.

Коэффициент поперечной деформации пород (коэффициент Пуассона - ц) принят согласно ВСН 49-86 (РФ) для андезитов ц, = 0,2, для туфов зеленовато-серых и серовато-зеленых, а также серых глыбовых ц = 0,22, для туфов серых в пределах зон контактового метаморфизма - ц. = 0,25.

1.2.2.Начальное поле напряжений в массиве пород.

Сведений о величине начальных напряжений в массиве горных пород в районе строительства тоннеля Талун не имеется, поэтому расчетные характеристики начального поля напряжений приняты на основании литературных данных.

Тектонические напряжения в иранской плите обусловлены ее взаимодействием с Турецкой, Аравийской и Евразийской плитами[3,7]. Север Ирана, где проектируются тоннели, является частью тектонического пояса, включающего Кавказ и Среднюю Азию. Тектонические горизонтальные напряжения в массиве пород в районе строительства тоннелей ориентированы под некоторым углом к меридиану, так что появления повышенных горизонтальных напряжений следует ожидать как вдоль трассы тоннелей (преимущественно), так и в плоскостях поперечных сечений тоннелей.

Начальные сжимающие напряжения в массиве пород принято характеризовать следующими соотношениями [31]:

ау = -уН; (1.1)

аЬ - -А,уН,

где су- вертикальные напряжения, МПа;

оЬ - горизонтальные напряжения, МПа;

X - коэффициент бокового давления;0<Х.<1

у - удельный вес горных пород, МН/мЗ;

Н - глубина,м.

Формулы для определения коэффициента бокового давления дают разные результаты и не применимы к геологическим условиям Ирана при глубине от 200м до 350м[3,4].

В качестве дальнейших расчетов для геомеханических условий Ирана в регионах строительства тоннелей принимаем значения коэффициента бокового давления в массиве пород потабл.1.3.

Табл.1.3.

Глубина, м Коэффициент X

50-200 0.25, 0.53

200-350 1,0; 1,5

Рекомендуемые расчетные значения коэффициента бокового давления X в массиве рассматриваются как равновероятные, поэтому расчеты обделок тоннелей должны быть выполнены для каждого значения X, и оценка прочности временной крепи должна производиться по наихудшему варианту.

1.2.3.Оценка прочности трещиноватых горных пород.

В результате решений, полученных методами механики сплошной среды в породах вокруг выработок, могут быть определены компоненты напряжений и деформаций. Напряжения,определенные в соотношениях между главными напряжениями (01,02) и напряжениями на произвольных площадках (ах,Су,Тху), показанные на рис. 1.3,а, для плоской задачи дают круг напряжений (круг Мора,рис. 1.3.б), пользуясь которым легко получить формулы преобразований [ 8, 9]:

Рис. 1.3. Схема плоского напряженного состояния пород в массиве:а- элемент в плоском напряженном состоянищб- круговая диаграмма напряжений (круг Мора).

Многими авторами показано [10,11,12 ,13], что наличие в сплошной среде закрытых трещин, вдоль которых не происходит растяжения или сдвига, не изменяет картины напряженного состояния. Следовательно, если через

(1.2)

^2в =

где в - угол наклона главных осей к осям х,у

4

площадки, на которых определены компоненты напряжений, пройдет одна или несколько параллельных закрытых трещин, то напряжения будут такие же,каки в сплошном массиве,до тех пор, пока выполняются условия[12,14]:

vn>-ctgcp. (L3)

где ф - угол внутреннего трения;

с - коэффициент сцепления;

Первое из которых означает отсутствие растяжения, а второе - отсутствие сдвига по плоскостям ослабления. В том случае, когда неравенство(1.4) обращается в равенство, получаем условие специального предельного равновесия, откуда следует условие прочности в главных напряжениях [8,20,38]:

где (crj и <т3) — величинымаксимальных и минимальных главных напряжений;

ас - предел прочности на одноосное сжатие;

2Ccosd) (л ¿ч

cjc =-г^1, (L6)

1 - sm ф

/?- параметр объемной прочности;

1 -БШф

Пользуясь формулами приведения (1.2) и условием (1.5) можно получить условиепрочностиКулона-Мора в наиболее общем виде [8,15 ]

(<тх -ау)2 + 4т2ху = (ау + ау + 2Cctg<pf sin2 <р, (1.8)

которое имеет две прочностные характеристики пород:<р и С, параметры ас и р являются производными от двух первых[8,16,37].

% *

%

ЧУ"

л*

Сад?

| Vя*......

I \\

/

I \

\ ^

\ \

* ч

СЫ

ч

ч.

\

........... 1

Рис. 1.4.Диаграмма наибольших кругов напряжений (а) и ориентировкаплощадок скольжения относительно главных напряжений (б).

На рис. 1.4,б показана ориентировка площадок скольжения относительно наибольших главных напряжений. Угол наклона площадки скольжения к направлению наибольшего сг1 и наименьшего сг3 главных напряжений составляет [8]

М = ±

V 4 2 у

<о = ±

+ —

V

4 2

(1.9)

Следует отметить, что разрушение пород путем сдвига происходит при всестороннем сжатии[8,17,18,19]. При появлении растягивающих напряжений разрушение происходит путем отрыва по площадке, перпендикулярной к направлению растягивающих напряжений. Это обстоятельство ограничивает, строго говоря, применение модели Кулона — Мора только областью сжимающих напряжений (рис. 1.4,а)

В последующем, говоря об условиях специального предельного равновесия, будем рассматривать формулу(1.4). Сопоставление напряжений в трещиноватой модели с напряжениями в сплошной среде показывает, что хотя

26

у

в показанных точках модели с неупорядоченной трещиноватостью напряжения отличаются от напряжений в сплошной среде, средние значения напряжений в трещиноватой модели все же близки к напряжениям в сплошной среде [12 ]. Однако, если в зоне растягивающих напряжений под нагрузкой появляются новые трещины, напряжения заметно перераспределяются, так как напряжения концентрируются в конце трещин, то именно с этого места и развивается разрушение выработок. Под действием веса пород, расположенных в кровле, вертикальные трещины постепенно меняют направление, располагаясь по контуру свода обрушения. Одновременно в кровле происходит отслоение пород[12].

1.3.Обоснование технологии сооружения тоннелей

Развитие технологии сооружения горных транспортных тоннелей идет по двум традиционным направлениям: проходка горным способом и с применением тоннелепроходческих механизированных комплексов (ТПМК). В связи с этим в подавляющем большинстве случаев главным вопросом в процессе принятия проектных решений при прокладке горных тоннелей является выбор способа сооружения между горным и ТПМК.

1.3.1.Технология сооружения тоннелей горным способом в слабых скальных и полускальных породах.

Анализ мирового опыта строительства транспортных тоннелей горным способом в сложных инженерно-геологических условиях (сильнотрещиноватые скальные и полускальные породы, плотные гравелистые породы) позволяет выделить два способа, которые отвечают на современном этапе развития тоннелестроения требованиям «высоких технологий»: новоавстрийский (ИАТМ) и норвежский (ШМ)[ 21,22,29].

Новоавстрийский способ получил свое название в противовес классическому «старому» австрийскому способу сооружения тоннелей в слабых неустойчивых грунтах по кольцевой схеме, который до 60-х годов прошлого столетия описывался в литературе как «австрийский способ». Позднее этот способ стали называть как способ полностью раскрытого профиля без ссылки на его австрийское происхождение. Сущность старого «австрийского способа», разработанного для проходки тоннелей в слабых породах, заключается в поэтапном раскрытии выработки в пределах небольшого по длине участка (кольца) до полного профиля с закреплением ее деревянной крепью в виде веерообразных рам. Под защитой временной деревянной крепи на этом участке бетонируется обделка по всему сечению за один прием, начиная с фундамента и кончая сводом. В методе ЫАТМ выработка также раскрывается по частям на полный профиль и поддерживается на временной крепи до возведения обделки, которую бетонируют также за один прием, начиная с фундамента и кончая сводом[21,32]. Временное крепление каждой выработки осуществляется контурной крепью из набрызгбетона, как правило, в комбинации с анкерами или с арками, устанавливаемыми с различным шагом[21,24].

За счет податливой крепи цeльNATMяcнo обозначена: помочь породному массиву самоподдерживаться, вместо попыток препятствовать давлению породы при помощи множества тяжелых элементов[25]. Проходку ведут одним или двумя опережающими забоями и с незначительным отставанием поэтапно дорабатывают выработку до проектного профиля. МАТМ наиболее применим для сооружения тоннелей в полускальных мягких породах, когда не грозит большой перебор за проектное очертание контура. С учетом податливости контурной крепи форму поперечного сечения тоннеля рекомен-дуетсяпринимать возможно близким к оваидальному очертанию. При ново-

австрийском способе большую роль играет систематическое инструментальное наблюдение за состоянием напряжений и деформаций временной крепи выработки и вмещающего ее породного массива для решения вопросов корректировки крепи и отставания обделки от забоя.

МАТМ, реализуя возможность управления горным давлением, позволяет снизить нагрузку на обделку тоннеля. Здесь следует отметить, что выполнение проходческих работ требует не только высокой культуры производства, применения современного горнопроходческого оборудования и надежных средств измерения, но и определенного уровня знаний от технического персонала о геомеханических процессах, возникающих в породном массиве при его нарушении выработкой, и механизме взаимодействия системы «крепь-породный массив» [26,8,27,15] (рис. 1.5).

Изрис. 1.5 следует, что изменяя начальные смещения, зависящие от технологи строительства, и параметр жесткости крепи, можно управлять процессом взаимодействия крепи с массивом. На рассмотренном выше анализе взаимодействия крепи (обделки) с массивом основан широко известный новоавстрийский способ строительства тоннелей (ЫАТМ).

Рис. 1.5. Схема взаимодействия крепи с массивом пород :

1 - диаграмма равновесных состояний (кривая разгрузки),

2 - график нагружения крепи.

Концепция >ГГМ (норвежский способ тоннелестроения) первоначально разрабатывалась для сооружения тоннелей в крепких скальных, но сильно трещиноватых породах, разрушаемых буровзрывным способом, как правило, с перебором пород или при комбайновом способе с более ровным контуром. Комбинированная крепь включала набрызгбетонное покрытие разной толщины и анкера, установленные с различным шагом. Однако в 1990-х годах диапазон инженерно- геологических условий, на которые распространяются рекомендации по применению этого способа, расширился в область слабых неустойчивых пород, и соответственно были внесены изменения в рекомендации по устройству комбинированной крепи с включением армированного стальной фиброй набрызгбетонавместо армированного сеткой

нбрызгбетона. Использование последнего в начале 80-х годов в Норвегии было прекращено и повсеместно практическое применение нашел фибро-набрызгбетон, усиленный в слабых породах системой анкеров и арматурными арками.

При HTM большое внимание уделяется тщательному описанию геологических и геотехнических характеристик объекта. Норвежским геотехническим институтом на основании изучения более 1200 км тоннелей, пройденных в этой стран, сделана классификация пород и разработана система оценки качества породного массива[28,29]. Эта система совместно с геологическим картированием и выходом керна при разведочном бурении, а также с учетом данных сейсмической томографии, является основой прогноза инженерно-геологических условий по трассе тоннеля для установления оптимальной величины заходки забоя и необходимых параметров крепи, что позволяет свести риск подрядчика к минимуму как при заключении контракта, так и при самой проходке.

Специфика HTM заключается в особом подборе типов и параметров временной крепи, позволяющей вести проходку тоннелей без существенного снижения темпов. Такой крепью являются анкеры, часто в сочетании со стальными полосами (вместо металлической сетки), и набрызгбетон со стальной фиброй, наносимый на породу или на стержневую арматуру.

Интересно отметить, что для Олимпийских игр 1994 г. в г. Йевике норвежским способом проходки была построена уникальная камерная выработка - подземная спортивная арена. Это одна из самых крупных в мире искусственных односводчатых подземных камер - ее ширина 62 м, длина 91 м и высота 25 м. Общее количество разработанного грунта составило 140 тыс.мЛ3сложенного набрызгбетона 1,3 тыс. мЛ3, было установлено 3 тыс. анкеров различного типа. Продолжительность строительства камеры соста-

вила всего 8 мес [29].Из всего изложенного можно сделать следующие выводы:

— НАТМ представляет в искусстве тоннелестроения концепцию, сместившую ту, которая доминировала на протяжении второй половины 20-ого века: улучшение свойств породного массива на месте, вместо попыток укрепить его посредством дорогостоящих искусственных сооружений. За счет этого можно увеличить скорость проходки.

В качестве примера можно привести сооружение автодорожного тоннеля в скальных и полускальных породах на обходе г. Сочи длиной 2619 м. Опыт, приобретенный в начальный период строительства тоннеля, показал, что традиционная арко-бетонная крепь требует значительного расхода дорогостоящего проката, ее устройство весьма трудоемко, к тому же она не отвечает требованиям гибкой технологии при изменениях структуры горной породы впроцессе работ. На возведение временной крепи затрачивается большая часть времени проходческого цикла. Темпы проходки в этот период не превышали 60 м в месяц.

Затем Тоннельдорстрой приобрел у поставщиков современной горной техники и высоких технологий Wirt-Paurat, Sika, AtlasCopco, Kato, Caterpillar и Geodata два проходческих комбайна Paurat - Т 3.20 и Т 2.61 (Германия) производительностью резания 34 мл3/ч, две установки для нанесения набрызгбетона81каРМ-500 (Швейцария) производительностью 30 мЛ3/ч, анкероустановщикВокекЬС (Швеция) для всех известных видов анкеров. Эта техника позволила внедрить новоавстрийский метод (NATM) и довести среднюю скорость проходки тоннеля до 108 м в месяц, сократив плановый срок строительства на год [30]. Это говорит о том, что проходческий комбайн успешно конкурирует с ТПМК при условии двухстороннего портального запуска комбайна.

— ТчПГМ является не способом строительства тоннелей, а совокупностью методик, определяющих только конструктивные параметры крепи в конкретных инженерно-геологических условиях строительства тоннеля. Чем благоприятнее будут условия, тем с большей эффективностью могут быть реализованы рекомендации методик [21].

1.3.2.Проходка с применением тоннелепроходческих механизированных комплексов (ТПМК) и сравнение с горным способом.

Проходка механизированным комплексом, оснащенным исполнительным органом роторного типа (Ловат, Вирт, Херренкнехт и др.), ведется на полное сечение диаметром до 14,6 м с одновременным устройством постоянной сборной железобетонной обделки из высокоточных блоков, либо из монолитного железобетона[ 21,33]. (рис.1. 6)

Рис. 1.6. Тоннелепроходчсский механизированный комплекс фирмы «Херренкнехт» диаметром 9,6 м.

Как правило, ТПМК используются при сооружении горных тоннелей протяженностью более 4 км. В том случае, если условия вдоль трассы тоннеля соответствуют техническим параметрам ТПМК, достигаются превосходные

результаты. Например, в некоторых разрекламированных проектах представлены скорости 150 м в сутки, 500 м в неделю и 2 км в месяц. Однако, эти показатели не являются ни типичными, ни даже средними характеристиками. Большая часть среднемесячных показателей проходки составляет от 0,3 и не более 1 м в час, но существуют периоды с непредвиденными событиями, которые серьезно снижают среднюю скорость проходки[34]. Как видно из диаграммы, представленной на рис. 1.7,область эффективного применения ТПМК весьма ограничена инженерно-геологическими условиями на трассе тоннеля.

Возможны условия проходки весьма далекие от идеальных для ТПМК, например в неустойчивых, склонных к обрушению, или в чрезвычайно прочных и абразивных породах [21].

Рис. 1.7. Эффективность использования ТПМК в различных породах: 1 - средняя скорость резания; 2 - средние темпы проходки

Для сравнения горных способов и ТПМК можно обратиться к мировому опыту. Но при этом отметим, что разработку породы при горном способе ведут либо буро-взрывным способом, либо с применением комбайнов со стреловым исполнительным органом. Поскольку на территории Ирана для строящихся и проектируемых тоннелей крепость пород в мaccивef изменяется от 2 до 4, применение буровзрывного способа нецелесообразно. Поэтому в Иране для сооружения тоннелей возможно применение только ТПМК или комбайна.

Двумя основными достоинствами комбайновой проходки тоннелей являются исключительно высокие темпы продвижения забоя при повышенной безопасности подземных работ и минимальной их трудоемкости, а также сокращение объемов временной крепи и обделки за счет образования после проходки гладкого контура выработки (применение комбайнов обеспечивает сохранность законтурного массива и значительно сокращает переборы породы). Все это говорит о том, что проходческий комбайн является эффективным и экономическим оборудованием для проходки тоннелей. При выборе необходимого типа проходческого комбайна следует учитывать следующие факторы:

• геотехнические свойства породы;

• доступ к месту производства работ и размер пролета;

• способ удаления разработанной породы.

При выборе техники между комбайном и ТПМК надо отметить, что при строительстве тоннеля со сборной блочной обделкой идеальным решением может стать применение ТПМК, поскольку он обеспечивает существенную экономию времени и средств, особенно в части производственного процесса, по сравнению с комбайном для проходки тоннеля с полным сечением. В

случае, если предпочтительным вариантом является набрызг-бетонная крепь, можно использовать как ТПМК, так и проходческий комбайн. Однако проходческий комбайн имеет дополнительное преимущество - его можно применять при проходке тоннеля практически любого профиля. Еще одним преимуществом проходческого комбайна является возможный двухсторонний запуск с обоих порталов. В ряде случаев капитальные затраты при строительстве тоннеля оказываются на 40-60% ниже аналогичных затрат по сравнению с работой ТПМК.

В случае применения ТПМК следует отметить, что темпы проходки даже в относительно однородных породах различаются для каждого временного отрезка, например, в сутки, в неделю, в месяц и год. Выполненный зарубежными специалистами обширный обзор проходки 145 тоннелей общей длиной более 1000 км с использованием ТПМК показал, что существует постоянное снижение средней скорости по мере увеличения периода, в течение которого фиксировались полученные показатели. На рис. 1.7 приведены графики, иллюстрирующие отмеченную тенденцию, где показатели, характеризующие свойства породного массива по первоисточнику,представленны в системе С>[35]. Таким образом, краткий аналитический обзор применения ТПМК свидетельствует о том, что прогноз их эффективного использования должен строиться на основе анализа многочисленных факторов, включая прочностные характеристики пород и степень их абра-зивности, свойства породного массива по трассе тоннеля, уровень начальных напряжений в массиве, показатель срока службы резцов, а также силу резания, которая, как правило, должна быть не менее 20 тс. Важным фактором является ориентация направления проходки к простиранию пластов.

Для применения ТПМК при проходке тоннелей в горных условиях необходимо полное технико-экономическое обоснование. Следует учесть, что эта технология требует единовременных затрат в объеме 2 млрд. руб. на приобретение горнопроходческого и вспомогательного оборудования, подготовительный период составляет до 2 лет, по окончании работ остаются «неликвидные» объекты (высоковольтная трансформаторная подстанция, полигон по производству железобетонных конструкций), стоимость объекта увеличивается в 1,5-2 раза, при повреждении одного из узлов ТПМК проходка будет надолго остановлена.

Преимущества и недостатки применения ТПМК по сравнению с проходкой комбайном при строительстве автодорожных тоннелей большого сечения приведены в табл. 1.4

Табл. 1.4

Преимущества Недостатки

1.Средняя скорость проходки от 200 до ЗООм/мес 1.Высокая стоимость тоннелепроходческого механизированного комплекса (ТПМК) - в 15 раз больше по сравнению с комбайном

2.Целесообразно применение ТПМК на протяженных выработках, свыше 4 км или в особо сложных условиях городской застройки для предот- 2. Вес ТПМК значительно больше в 7 раз, наличие негабаритных элементов обусловит дополнительные затраты при доставке на стройплощадки в горных условиях. В каждом отдельном случае необходимо прорабатывать технико-экономические обоснования при доставке крупногабаритных элементов, особенно неразборного ротора диаметром

вращения просадки дневной поверхности 14,5м

3. Необходимы дополнительные затраты на строительство полигона для изготовления железобетонных блоков с применением высокоточной опалубки, пропарочных камер и т.п.

4. Продолжительность подготовительного периода ~ 20 мес. - изготовление и доставка ТПМК -15 мес.; - монтаж и пуско-наладка ТПМК-5 мес.; -сооружение распределительной подстанции 6500 кВт и подводящих электросетей (15-40 млн. руб.) - 12 мес.; - сооружение упора и «ложа» или эстакады под монтаж ТПМК 3 мес.; - строительство полигона для изготовления железобетонных блоков 9 мес.

5. Нерациональное использование сечения тоннеля (площадь выработки до 160м ), круговое очертание обделки оставляет неиспользованные части

выработки

6. Высокоточная обделка, применяемая при проходке ТПМК, не обеспечивает сейсмостойкости,а следовательно, и водонепроницаемости при сейсмическом воздействии. В мировой практике нет опыта применения аналогичной обделки в сейсмически опасных районах

7. Высокоточная обделка изготавливается одного типоразмера и для пород различной прочности будет допущен перерасход железобетона и, следовательно, удорожание стоимости работ.

8. В случае серьезных повреждений ротора ТПМК проходка будет остановлена и весь комплекс будет демонтирован

Выводы по главе 1.

1.Большинство планируемых к строительству транспортных тоннелей в Иране имеют протяженность от 300 до 1200м, среднюю глубину заложения 200м, и пересекает породные массивы, сложенные слабыми скальными по-родамкрепостью по шкалеМ.М.Протодьяконова2 < /< 4.

2. Тектонические силы пространственно перераспределяют начальные напряжения в массиве при глубине от 200м до 350м. Поэтому оценивать устойчивость выработок при проходке тоннелей следует с учетом того, что горизонтальные начальные напряжения в породном массиве могут превосходить вертикальные в 1,5 раза.

3. При сооружении тоннелей в скальных и полускальных породах с одной или несколькими системами параллельно закрытых трещин, где напряжения будут такими же, как в сплошном массиве, условие прочности Кулона-Мора не нарушается. Таким образом, закрытаятрещиноватость не создает принципиальных затруднений для применения методов механики сплошной среды для решения задач о напряженном состоянии массива вокруг выработки. Это показывает, что для проектируемых и строящихся тоннелей в северном Иране не требуется дополнительных исследований по учету трещи-новатости. Кроме того имеются основания рассматривать деформирование породы в допредельной стадии, а следовательно, использоватьгеомехани-ческую модель линейно деформируемого породного массива.

4. Применение ТПМК экономически оправдано только для строительства тоннелей длиной более 4 км. В специфических условиях Ирана при выборе способа сооружений тоннелей, ориентируясь на мировой опыт, следует от-

РОССМЙГ ГОСУДАРСТ1

В И Б Л И О'?

дать предпочтение горному способу с разработкой породы комбайном со стреловым исполнительным органом[4,36].

СпособКАТМ наиболее применим для сооружения тоннелей горным способом в полускальных мягких породах. Однако, при сооружении тоннелей горным способом в полускальных или слабыхскальных породах важными вопросами являются выбор типа и конструкции временной крепи и рациональной формы сечения выработки, обеспечивающей ее устойчивость до возведения временной крепи. Поэтому, дальнейшие исследования в диссертации выполнялись в два этапа.

Первым этапом является анализ устойчивости выработок автодорожных тоннелей с вертикальными и криволинейными стенами в слабых скальных породах, и также в зонах, подвергающихся влиянию тектонических напряжений [4].

Вторым этапом было исследование влияния различных конструктивных решений временной крепи из набрызгбетона, а также комбинированной крепи,на устойчивость выработок при проходке автодорожных тоннелей в слабых скальных породах в условиях Ирана [39,59].

Заключение диссертации по теме «Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика», Таймур Хаддад

Основные результаты выполненных исследований сводятся к следующему:

1. Установлено, что большинство планируемых к строительству транспортных тоннелей в Иране имеют протяженность от 300 до 1200м, среднюю глубину заложения 200 м, и пересекают породные массивы, сложенные слабыми скальными породами крепостью по шкале проф. М.М. Протодьяконова2

2. Тектонические воздействия пространственно перераспределяют начальные напряжения в массиве при глубине от 200м до 350м. Поэтому оценивать устойчивость выработок при проходке тоннелей следует с учетом того, что горизонтальные начальные напряжения в породном массиве могут превосходить вертикальные в 1,5 раза.

3. В геологических условиях Северного Иранапри выборе способа сооружения тоннелей, ориентируясь на мировой опыт, следует отдать предпочтение горному способу. Анализ мирового опыта строительства транспортных тоннелей горным способом вусловиях, аналогичных описанным выше, позволяетрекомендовать новоавстрийский спо-соб(НАТМ), как отвечающий требованиям высоких технологий использования набрызгбетона и комбинированной крепи с применением

129 комбайновой проходки тоннелей со стреловым исполнительным органом.

4. Установлено, чтопри сооружении тоннелейгорнымспособом в трещи-новатыхскальных породах с учетом тектонических напряжений, несмотря на увеличение площади поперечного сечения выработки и определенные ограничения в разработке технологических схем проходки, повышенная устойчивость выработки с криволинейным очертанием стен и лотковой части позволит полностью избежать разрушения окружающего породного массива в стенах выработки и снизить мате-риалоемкостьконструкциивременной крепи.

5. Разработан метод выборавременной крепи из набрызгбетона и комбинированной крепи ("Методика Т") автодорожныхтоннелей большого поперечного сечения в Иране, сооружаемых горным способом (НАТМ), учитывающий отставание временной крепи от забоя выработки, категорию устойчивости пород и взаимодействие временной крепи с породным массивом.

6. Выявленные в результате проведенных исследований качественные и количественные показатели напряженно-деформированного состояния временной крепи выработок при строительстве автодорожных тоннелей в инженерно-геологических условиях, характерных для Северного Ирана, позволилиразработать практические рекомендации для принятия конструктивно -технологических проектных решений временной крепи, обеспечивающие безопасность и снижение стоимости горно-проходческихработ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация представляет собой законченную научно-квалификационную работу, в которой изложено новое решение научной задачи по геомеханическому обоснованиюконструктивно-технологических параметров временной крепи из набрызгбетона и комбинированной временной крепи при сооружении транспортных тоннелей в трещиноватых породах под воздействием тектонических напряжений, что обеспечивает уменьшение стоимости и увеличение безопасности горно-проходческихработ в горно-геологических условиях Северного Ирана.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Таймур Хаддад, 2011 год

ЛИТЕРАТУРА.

1.Авария при расширении тоннеля "Старый кандован" в Иране.//подземное пространство мира. №2.2000. М. ТИМР. С .30-31.

2.Армаш А.И., Сиавощи И. Противопожарная защита автодорожного тоннеля Талун в Иране// Метро и тоннели.2002. №3. С.35-37.

3.Булычев Н.С .Сиавощи И. Обоснование исходных данных для проектирования и расчета обделок тоннелей в Иране// Метро и тонне-ли.2003.№1.С.30-32

4.Хаддад Т. Влияние формы сечения на устойчивость выработки с учетом начального поля тектонических напряжений в грунтовом массиве северного Ирана. Труды СибГупс. 2009.С. 199-202.

5.Картина риска землетрясений зоныТегеран-Чалусскарты M 1:5000000 геологической организации исламской республикиИран"ИРИ"

6.AngelidisC., Konmantakis I., ZakasM. Contribution to the modelling of a new classification system of rock mass, concerning superficial works. Eurock'93, Ribeiro e Sousa and Grossmann (eds), v. 1, 1993, Balkema, Rotterdam, 461-466.

7.Исмаил M. Сиавоши. Обоснование поля напряжений массива горных пород для расчета обделок автодорожных тоннелей Талун и Алборз в Иране.// Проблемы развития транспортных и инженерных коммуникаций №4 . М. 2004г.

8. Булычев Н.С. Механика подземных сооружений в примерах и задачах .М. Недра, 1989-270 с.

9.Баклашов H .В., Картозия Б. АМеханика подземных сооружений и конструкций крепей - М.Недра, 1984-381 с.

Ю.Мюллер. Геология скальных массивов. Изд. « Мир» , М., 1971,255с.

11.4. Джегер. Механика горных пород и инженерные сооружения.Изд. « Мир», 1975,270с.

12.Славин Б.Е. Исследование напряженного состояния трещиноватого скального массива и его воздействия на несущие конструкции железнодорожных тоннелей. Новосибирск ,1966-172с.

13.Бевзюк В.М. и др. Инженерно- геологическая оценка условий строительства транспортных подземных сооружений. Часть1.Санкт-Петервург. 1995-72с

14.Устойчивость выработки и напряженное состояние обделки перегорнно-готоннеля метрополитена из монолитного бетона в скальных грун-тах.//Подземное пространство мира. №. 5. М. ТИМР. С .15-20

15.Фролов Ю.С., Иванес Т.В. Механика подземных сооружений -СПБ.:ПГУПС. 1997- 102 с.

16.Баклашов И .В., Картозия Б. А Механические процессы в породных массивах. М.: Недра, 1996. 272 с.

17. Ардашев К.А. , Матвеев Б.В., Карташов Ю.М. Показатели сопротивления и разрыхления и механизм разрушения горных пород в условиях объемного сжатия. - ФТПРПИ, 1981, № 2, с.24-29

18. Баклашов И.В. Деформирование и разрушение породных массивов. -М.: Недра, 1988.

19.Ставрогин А. Н. , Протосеня А.Г. Механика деформирования и разрушения горных пород. М.:Недра, 1992.- 224 с.

20.Прочность и деформации горных пород в допредельной и запредельной областях// ФТПРПИ, 1981, №6 , с. 2- 11

21.Высокие технологии, внедряемые при строительстве горных транспортных тоннелей //Метро и тоннели.. 2007. №5. С.22-25.

22.Barton N. Geotechnical design / Word tunneling focus. Word tunneling and subsurface excavation. London. 1991. November.

23.Инженерно- геологические условия и расчет устойчивости пород в выработках при строительстве тоннеля Талун на трассе автомобильной дороги Тегеран - Чалус в Иране.//Подземное пространство мира. №4. 2000. М. ТИМР. С .41-42.

24.Механизация работ на строительстве автодорожных тоннелей в Австрии/Метро и тоннели.. 2002. №3. С. 16-25.

25.1 DEAS ON TUNNEL STA BILITY. Pierre DUF-FAUT,Consulting Engineer, Paris ' Jean PIRAUD, ANTEA, Orleans, France. TRIBUNE № 22 .ITA-AITES- 2002

26. БулычевН.С. Механикаподземныхсооружений. M. Недра, 1994.- 382 с.

27.Бенявский. Управление горным давлением. М., «Мир», 1990г.

28.BartonN..R. Lien, Lunde L. Engineering classification of rock massive for the design of tunnel support // Rock mechanics. Springerverlog. 1974. P. 217.

29. B.M. Башмаков, B.M. Мостков, Серия брошюр "Новое в отечественном и зарубежном подземном строительстве", выпускаемая Центром "ТИМР", -приложение к журналу "Подземное пространство мира". №2. М. 1996

30.Тоннельдорстрой-Внедрениеновыхтехнологий.//метроитоннели.. 2010. №1. С.19-21.

31 .Theinfluenceofinsitustressstateontunneldesign .VI, World Tunnel Congress 2008. 193-202

32.Numericalmodelling of a tunnel Turecky VRCH in GEO МКР .V 1, WorldTunnelCongress 2008. 221-230

33.Применение современного оборудования и технологий при строитель стве метрополитена В г. АЛМАТЫ.//Международная научно -техническая конференция . М. 2007. ВВЦ, павильон 57.С 25-32

34.Применениетоннелепроходческого комплекса и анализ потенциальной опасности при строительстве сервисного тоннеля Альборз в Ира-не.//Подземное пространство мира. № 1-2.2005. М. ТИМР. С .22-23.

35.Effect of seismicity on rock support in tunnels. V 1, WorldTunnelCongress 2008. 530-540

36.Комбайновая проходка автодорожных тоннелей в Иране.//Подземное пространство мира. №4. 1993. М. ТИМР. С .52

37. Study on behaviour characteristics of faulted rock using history analy-sis.V 1, World Tunnel Congress 2008. 597-606

38.Effect of strain softening on tunnel behavior.V 1, WorldTunnelCongress 2008.541-550.

39. ХаддадТ. Численный анализ влияния конструктивных параметров временной крепи на устойчивость выработки при проходке автодорожных тоннелей в Иране//Вестник гражданских инженеров. №24.-2010.С.39-42

40.Булычев Н.С., Фотиева Н.Н. Оценка устойчивости пород вокруг горных выработок// Шахтное строительство - №3- 1977- С. 16-22

41.Оценка устойчивости выработок в тектонически активном массиве пород. // Сборник трудов I Международной конференции. САНК-ПЕТЕРБУРГ. 1999- С. 191 -196

42.Н. Бартон. Проектирование подземных сооружений в скальных породах с использованием Q-системы и программ UDEC- ВВ. « Энергетическое строительство», 1992г., №8, С. 11-17.

43.СП 32- 105- 04. Метрополитены,-М.: Госстрой россии, 2004г., С.3.

44.СНиП II -32-04-97-"Тоннели железнодорожные и автодорожные"

45.Тоннели и метрополитены. В.Г. Храпов, Е.А. Демешко, С.Н. Наумов.-М.: Транспорт, 1989., 383с.

46.Маковский JI.B. Методические указания по определению нагрузок на конструкции тоннелей//МАДИ, 1987., 45с.

47.Маковский JI.B. Методические указания по расчету обделок тонне-лей//МАДИ, 1988., 49с.

48..СНиП II -44-78."Тоннели железнодорожные и автодорожные" Нормы проектирования. М. Стройиздат , 1978.

49.Амусин Б. 3., Фадее в А.Б. Метод конечных элементов при решении задач горнойгеомеханики. М., Недра, 1975.

50.Фролов Ю.С., Иванес Т.В, Коньков А.Н. Проектирование и расчет обделок тоннелей, сооружаемых щитовым способом. СПБ,:2005,-88с.

51.Об организации учебного процесса с использованием программного комплекса COSMOS/M.// Сборник трудов I V Международной конференции. САНК-ПЕТЕРБУРГ. 1999- С.224-225

52.Исследование напряженно - деформированного состояния временной крепи тоннеля на автодороге Джубга - Сочи с рекомендациями по конструктивно - технологическим решениям.//МГ1С РФ.ПГУПС. Кафед-ра:"Тоннели и метрополитены" 2002г,С. 14.

53.Фролов Ю.С., Мордвинков Ю.А. Современные методы сооружения тоннелей горным способом в слабых скальных и полускальных грунтах. // Метро и тоннели, №2, 2006, С. 18-22

54. Г. М. Богомолов, Д. М. Голицынский, и др. Справочник инженера -тоннельщика.М.: Транспорт, 1993.- 389 с.

55.Голицынский Д.М. Набрызгбетон в транспортном строительстве. М. Транспорт. 1993.152 с.

56.Руппенейт К. В. Драновский А. Н. Лыткин В. А. Расчет сборной кольцевой крепи подземных сооружений. М.:Недра,1969. 150 с.

57.Либерман Ю.М. Давление на крепь капитальных выработок. М. Наука,1969. 190 с.

58.Руппенейт К. В. Деформируемость массивов трещиноватых горных пород. М., Недра, 1975. 220 с.

59.Хаддад Т. Математическое моделирование влияния конструктивных пара метров временной крепи на устойчивость выработки при проходке автодорожных тоннелей в Иране. //Проектирование, строительство и эксплуатация комплексов подземных сооружений, Труды ШМеждународной конференции 2010 г., г. Екатеринбург, С.141-143.

60.МеркинВ.Е., Власов С.Н. Пособие по производству и приемке работ при сооружении горных транспортных тоннелей. //Научно-исследовательский институт транспортного строительства, М., 1989.232с.

61. Iranian Seismological Center, Recent Seismic Map (irsc. ut.ac. ir.com), institute of Geophysics, University of Tehran.V 1, WorldTunnelCongress 2008. 541-550.

62.Технологические карты - схемы сооружения горных транспортных тоннелей, Всесоюзный проектно- технологический институт транспортного строительства "ВПТИТРАНССТРОЙ".М., 1985.265с.