Введение
1. Современное состояние и проблемы геомеханического обеспечения щитовой проходки при освоении подземного пр остранства мегаполисов 14
1.1. Особенности освоения подземного пространства мегаполисов 14
1.2. Щитовая проходка тоннелей в изменяющихся инженерно-геологических условиях
1.2.1. Опыт применения щитовой проходки с управлением устойчивостью геосистемы 18
1.2.2. Разработка стр атегии проходки тоннеля на проектной стадии
1.3. Геофизический прогноз неоднородностей вмещающего грунта и дистанционный мониторинг процесса их резания 37
1.4. Мониторинг транспортируемых объемов грунта 41
1.5. Геодезическо-маркшейдерский мониторинг структурной устойчивости ДПТГС 42
1.6. Геомеханическое обеспечение щитовой проходки 46
1.7. Постановка задач исследования 50
2. Обоснование технических решений по поддержанию устойчивого функционирования и структуры геосистемы щитовой проходки тоннелей 51
2.1. Термины и определения 51
2.2. Необходимость учета изменений условий проходки при строительстве тоннелей
2.3. Геосистема при щитовой проходке и обоснование динамической модели управления ее устойчивостью 55
2.4. Мониторинг и прогноз устойчивости ДПТГС 58
2.5. Технические решения обеспечения устойчивости ДПТГС 68
2.6. Выводы по главе 2 76
3. Обоснование комплексного маркшейдерско геофизического метода обеспечения устойчивости дптгс щитовой проходки области твердых включений в массиве 77
3.1. Современное состояние методов геофизической разведки и обнаружения твердых включений 77
3.2. Обоснование эффективности работы системы опережающего акустического зондирования 3.2.1. Проблемы устойчивости заб оя с твердыми включениями 80
3.2.2. Конструкция системы сейсмоакустического зондирования неоднородностей 81
3.2.3 Корректировка и результаты сейсмоакустических измерений 84
3.2.4. Геометризация иск усственных включений 90
3.2.5. Геометризация природных включений высокой плотности 93
3.3. Исследование оптимальной глубины внедрения резцов 97
3.3.1. Корреляция амплитуд эха и глубины внедрения резцов 97
3.3.2. Зависимость числа замен резцов от глубины их внедрения и от сцепления грунта 98
3.3.3. Зависимости износа резцов от интервалов между их заменами 101
3.3.4. Плановое обоснование интервала между заменами резцов 102
3.4. Обоснование дистанционного контроля геометрии
породоразрушающего инструмента 104
3.4.1. Случаи нарушения геометрии резцов 104
3.4.2. Дистанционная система определения факта износа резцов 107
3.4.3. Ожидаемый эффект от функционирования системы 110
3.5. Выводы по главе 3 112
4. Обоснование технических решений по использованию результатов мониторинга расходов извлекаемой горной массы для контроля уровня грунтовых вод и для прогнозирования осадки земной поверхности 114
4.1. Работа систем контроля объема грунта, извлекаемого на ТПМК 114
4.2. Массовой контроль сепарируемого грунта 118
4.3. Контроль расхода объема грунта, транспортируемого в трубах
4.3.1. Сущность метода 122
4.3.2. Прикладное значение метода для устойчивости ДПТГС 124
4. 4. Сравнение результатов контроля массовых и объемных расходов
потоков извлекаемого грунта на ТПМК диаметром 14,2 м 125
4.5. Методика текущего мониторинга объема извлекаемого грунта 126
4.5.1. Обоснование метода текущего контроля объема грунта 126
4.5.2. Сущность метода 128
4.5.3. Контроль линейного перемещения гидроцилиндров 129
4.5.4. Сравнительный анализ результатов объемного контроля
4.6. Мониторинг гидрогеологических условий в ДПТГС при пересечении уровня грунтовых вод проходкой тоннеля 136
4.7. Массовой контроль выхода грунта на щите с грунтопригрузом 142
4.8. Сравнительный анализ контроля объемного и массового расхода потока извлекаемой горной массы 143
4.9. Прогноз перебора сечения забоя и расхода бентонита по объему выемки 147
4.10. Выводы по главе 4 151
5. Обоснование моделей взаимосвязей максимальной осадки земной поверхности и поднятия обделки с показателями режимов работы щита 153
5.1. Геодезический мониторинг осадки земной поверхности 153
5.2. Методология разработки математической модели управления деформациями 157
5.3. Методология контроля и анализа факторов, влияющих на осадку 161
5.4. Зависимости осадки земной поверхности от «параметров массива» 167
5.4.1. Инженерно-геологические и гидрогеологические условия проходки 167 5.4.2. Физико-механические «свойства грунта» для модели осадки 168
5.4.3. Зависимости осадки от физико-механических «свойств грунта» 172
5.4.4. Исследование зависимостей осадки от гидрогеологических условий массива 177
5.4.5. Главные факторы «свойств грунта» и «параметров массива» 185
5.5. Зависимости осадки от «показателей проходки» 186
5.5.1. Наклон щита относительно трассы при проходке 187
5.5.2. Скорость проходки за сутки 189
5.5.3. Сверхсрез наклоном ротора 191
5.5.4. Противодавление 192
5.5.5. Объем и давление нагнетания 193
5.5.6. «Параметры проходки» в модели осадки 194
5.5.7. Главные факторы «параметров проходки» 198
5. 6. Рекомендуемые для прогноза математические модели осадки, управляемой параметрами проходки 199
5.7. Прогноз смещений обделки 209
5.7.1. Закономерности влияния гидрогеологической обстановки и технологических воздействий на устойчивое состояние обделки 209
5.7.2. Наблюдение за деформацией обделки от нагрузок щита 211
5.7.3. Влияние инженерно-геологических условий на поднятие обделки 218
5.7.4. Влияние параметров проходки на поднятие обделки 223
5.7.5. Анализ сил, действующих на кольцо блочной обделки 227
5.8. Выводы по главе 5 230
6. Установление закономерностей изменения давления массива на ротор щита и обоснование технических решений по выбору величины противодавления 231
6.1. Основные понятия противодавления 231
6.2. Положения методики расчета противодавления 233
6.3. Способы контроля «опускающихся столбов» грунта 238
6.3.1 Предпосылки к уточнению методики расчета противодавления 238
6.3.2. Влияние щитовых нагрузок на деформации земной поверхности 239
6.3.4. Определение длины основания «опускающегося столба» грунта 248
6.4. Исследование вариации усилий прижима ротора и горизонтального давления грунтов при щитовой проходке выработок 251
6.4.1. Описание щита и измерительной системы контроля усилий 252
6.4.2. Определение параметров периодичности усилий прижима ротора 254
6.4.3. Модель для интерпретации результатов натурных наблюдений 255
6.4.4. Возможный механизм появления цикличности нагрузок на ротор 257
6.4.5. Расчет предела прочности грунта 258
6.4.6. Результаты расчетов напряжений впереди забоя по мере продвижения щита 259
6.5. Исследование составляющих прижимного давления ротора 262
6.5.1. Минимальный прижим ротора 262
6.5.2. Прижим ротора при остановке щита во время монтажа обделки 264
6.5.3. Усредненный отпор ротора при разной скорости проходки 267
6.5.4. Рекомендуемая методика отслеживания противодавления 270
6.6. Выводы по главе 6 274
Заключение 277
Список использованных источников
