Развитие методических основ мониторинга состояния массива горных пород при строительстве и эксплуатации большепролетных подземных сооружений и объектов гидроэнергетики - Статья

Развитие методических основ мониторинга состояния массива горных пород при строительстве и эксплуатации большепролетных подземных сооружений и объектов гидроэнергетикиБольшепролетные подземные сооружения (БПС) различного назначения и грунтовые гидротехнические сооружения (ГТС), относятся к числу особо опасных и технически сложных объектов, представляющих собой единые системы из множества различных по размерам, назначению и срокам эксплуатации объектам, например, гидротехнических подводящих и отводящих поземных тоннелей, машинных залов, щитовых галерей, грунтовых плотин, размещаемых на скальных основаниях и прочих сооружений. Мониторинг геомеханического состояния (геомониторинг) массивов вмещающих БПС на стадии их возведения и при дальнейшей эксплуатации выполняется с использованием целого ряда известных методов, каждый из которых, имеет различную физическую природу, и в состоянии решать свои узкие специальные задачи. Несмотря на неоспоримые достоинства геофизических методов - технологичность и оперативность, к числу их недостатков следует отнести косвенный, вероятностный характер выполняемых оценок, основанный на тесноте корреляционных связей физико-механических характеристик пород и грунтов с параметрами контролируемых геофизических полей и их многофакторность. При выполнении данной работы использовался комплексный метод, включающий анализ отечественного и зарубежного опыта развития методов контроля геомеханического состояния скального массива и грунтовых сооружений, проведение измерений параметров нарушенной зоны приконтурного массива, инструментальный контроль фактических вибронагрузок в массиве, мониторинг состояния массива и наземных грунтовых сооружений методами сейсмической пространственно-временной томографии (СПВТ) и контроля параметров электромагнитной эмиссии пород, применение методов математической статистики при обработке экспериментальных данных. Использование разработанных геофизических критериев оценки нарушенности пород (Ве, К) и метода сейсмической пространственно-временной томографии (СПВТ) оценки состояния массива, позволяет осуществлять районирование массива пород по категориям нарушенности.Оперативный геомониторинг состояния массивов вмещающих БПС на стадии их возведения и при дальнейшей эксплуатации выполняется с использованием целого ряда известных геофизических натурных методов, каждый из которых, как было показано выше, может иметь различную физическую природу, и в состоянии решать свои узкие специальные задачи. В качестве методов оперативного контроля состояния приконтурного массива могут быть использованы все применяемые в настоящее время методы изучения массива, - визуальные наблюдения, ультразвуковой, реометрический, сейсмоакустический методы; различные виды рудничной геофизики (электрометрия, метод электромагнитной эмиссии, радиоактивные методы), метод разгрузки, различные датчики-деформометры (струнные, оптические, тензометрические и др.), фотопланиметрический метод, парные реперы и т.д. Использование разработанных геофизических критериев оценки нарушенности пород (Ве, К) и метода сейсмической пространственно-временной томографии (СПВТ) оценки состояния массива, позволяет осуществлять районирование массива пород по категориям нарушенности. Учет изменения свойств заполнителя трещин при мониторинге состояния массива предлагается производить с использованием параметра отношения скоростей (Vs/Vp) в массиве, где Vs - скорость поперечной волны. Таким образом, использование двух предложенных геофизических критериев оценки состояния массива Ве и я , позволяет оценивать нарушенность массива и устанавливать причины снижения его устойчивости: или ввиду роста удельной трещиноватости, или ввиду изменения свойств заполнителя трещин.В данной квалификационной научной работе решается задача развития методических основ мониторинга состояния при строительстве и эксплуатации большепролетных подземных сооружений и объектов гидроэнергетики. Для решения задач геомеханического мониторинга состояния массива методом СПВТ, разработаны критерии оценки нарушенности пород (Ве, К, F), совместное использование которых учитывает не только трещиноватость пород, но и качество межтрещинных контактов. Это позволяет осуществлять районирование пород массива по категориям нарушенности с установлением адекватных причин изменения состояния массива и принимать эффективные технологические решения по его укреплению. Предложенный комплекс методов геомеханического мониторинга состояния массива большепролетных подземных сооружений, включающий метод СПВТ, реометрический метод, метод контроля деформаций массива, внедрен на объектах ФГУП УС-30 и ОАО «ТГК-1». В результате геомеханического мониторинга состояния подземных сооружений Верхне-Туломской ГЭС методами СПВТ, путем контроля деформаций и конвергенции БПС, установлено, что длительное воздействие техногенных вибронагрузок на приконтурный массив, совместно с воздействием процессов выветривания, ослабляя межблоковые связи массива, снижает его устойчивость.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ