Кирилл Мурин - Геомониторинг в городском подземном строительстве

Снижение и предотвращение экологической опасности при подземном строительстве базируется на учете всех уровней горно-строительного производства, начиная со стадии получения геологической информации, прогноза, моделирования, составления проекта строительства и заканчивая выбором эффективных мероприятий инженерной защиты окружающей среды при эксплуатации сооружения. Экологическая стратегия включает в себя также изучение динамики развития в пространстве и во времени искусственно сложившейся экосистемы «подземный объект – массив горных пород – окружающая среда», т. е. геомониторинг.

В пособии рассмотрены основные виды мониторинга при освоении подземного пространства городов.

Книга рассчитана на широкий круг читателей: проектировщиков, производственников, предпринимателей, работников научных и учебных учреждений, аспирантов, магистров и студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности «Шахтное и подземное строительство».

Допущено Учебно-методическим советом вузов Российской Федерации по образованию в области горного дела в качестве учебного пособия для студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки «Горное дело», по специальности 130406 «Шахтное и подземное строительство » государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования (ГОС ВПО) и специальности 130403 (21.05.04) «Горное дело» федеральных государственных образовательных стандартов высшего образования (ФГОС ВПО (ВО)).

Рецензенты:

доктор технических наук, профессор В.М. Смирнов

доктор технических наук, профессор Г.С. Франкевич

Любое подземное сооружение оказывает воздействие на окружающую среду, вызывая в ней те или иные изменения, угрожающие здоровью и жизнедеятельности людей и вызывающие негативные преобразования экологической системы Земли в целом. Существующая в настоящее время практика природоохранной деятельности основывается на нормировании воздействий и прогнозе изменений в окружающей природной среде.

Социально-экономические и градостроительные перспективы все в большей степени определяются санитарно-гигиеническим состоянием окружающей среды, возможностью биосферы компенсировать неблагоприятное воздействие техногенных факторов, в том числе связанных с интенсифицирующимся производством.

Санитарно-гигиеническое состояние окружающей среды нормируется установлением предельно допустимых концентраций (ПДК) вредных веществ, ориентировочных безопасных уровней воздействия (ОБУВ), ориентировочных допустимых норм (ОДУ), предельно допустимого сброса вредных веществ в водный объем, санитарных правил и норм и т. п. Перечисленные нормативы открывают практические возможности для оценки санитарно-гигиенического состояния среды при строительстве и эксплуатации любого промышленного объекта и перспективы оптимизации техногенной деятельности.

Прогнозирование занимает важное место в практике подземного строительства и является конечной целью проведения всех видов полевых, лабораторных и камеральных изысканий.

Инженерно-геологические прогнозы при проектировании и строительстве подземных сооружений имеют ряд особенностей по сравнению с другими видами техногенного воздействия на природу. Эти особенности связаны главным образом с ограниченностью объемов изысканий и получаемой информации. В этих условиях к прогнозируемым параметрам относятся состав и свойства породы, гидрогеологические условия по трассе подземного объекта, возможности развития неблагоприятных геомеханических процессов (горное давление, пучение пород, прорывы воды, плывунов и газа, изменение температурных условий и др.).

Из-за сложности и взаимосвязанности процессов, развивающихся между подземными объектами и окружающей средой, не все они поддаются точным прогнозам: для большинства из них возможна лишь оценка качественных изменений.

Следующим этапом после прогноза является моделирование, т. е. воспроизведение процессов и явлений на основе законов подобия. В практике городского подземного строительства для прогнозирования применяют все виды моделирования: натурное, лабораторное, логическое, математическое, знаковое.

Натурные модели позволяют воспроизвести не только состояние подземного объекта и окружающей среды, но и изменившиеся под воздействием сложных динамических нестационарных условий ситуации.

Лабораторные модели позволяют раздельно изучить те факторы, которые в природной обстановке действуют совместно.

Обработка результатов массовых испытаний свойств грунтов приводит к созданию статистических моделей, одной из разновидностей логических моделей.

Инженерно-геологические знаковые модели позволяют представить обобщенное графическое изображение геологических и гидрогеологических условий и геомеханических процессов на участке конкретного подземного объекта.

Составление специализированных моделей основано на выделении слабого звена в системе «подземное сооружение – породный массив», т. е. на выявлении факторов, оказывающих решающее влияние на выбор технического решения. Для каждого конкретного подземного сооружения необходима своя, специфическая информация о строении массива, вмещающего это сооружение, о характере миграции подземных вод к объекту, о температурных и электромагнитных полях и т. п. Поэтому исходные модели анализируют применительно к конкретным задачам проектирования и формируют их в частные модели, на которых необходимые элементы массива горных пород и несущих конструкций подземного сооружения представлены в нужном виде и с достаточной детальностью.

На основании одной или нескольких частных моделей, с учетом индивидуальных особенностей геологического строения и конструкции сооружения, строят еще один вид специализированных моделей – расчетную модель, отражающую только те элементы, которые могут быть учтены проектировщиками в расчетных схемах. Последние представляют собой схематизированное изображение подземного сооружения с действующими на него нагрузками и силами в сочетании с характеристиками, определяемыми в расчетном сечении.