Инженерная оценка и контроль состояния системы крепления тоннельных выработок

9.1. При сооружении тоннеля с податливой крепью (анкерной, набрызг-бетонной, арочной и их комбинации) в грунтах, заметно проявляющих горное давление, безопасность работ необходимо обеспечивать помимо обоснованного назначения параметров крепи проведением инструментальных наблюдений с последующей оценкой состояния крепи.

9.2. Оценивать состояние системы крепления следует прежде всего по скорости прироста деформаций контура выработки, а также по абсолютной величине деформации (конвергенции). На основе этой оценки принимают решение о необходимости сооружения постоянной обделки или усиления временной крепи.

Дополнительно могут быть измерены усилия в элементах крепи, которые сопоставляются с предельными для принятия обоснованного решения.

9.3. Измерения конвергенции выработки должны сводится к определению осадок свода выработки нивелирования и сближения стен путем измерений с помощью рулетки. Точность измерения должна составлять не менее 0,5 см. В крепких малодеформированных грунтах точность измерений должна быть повышена: например, с помощью рулетки ЦНИИС и прецезионного нивелирования.

9.4. Частоту проведения измерений следует связывать со скоростью изменения измеряемого параметра. Чтобы зафиксировать начальные скорости изменения параметров, целесообразно сначала проводить частые измерения - от 1 раза в смену до 1 раза в сутки. Стабилизация параметров приводит к редким измерениям - до 1 раза в 1-3 месяца.

9.5. Расчетные величины скоростей деформаций контура выработки следует получать из решения задачи, в которой горный массив моделируется упругоползучей средой.

9.6. Расчетные величины абсолютных величин деформаций могут быть вычислены на основе решения задачи для упругопластического массива с выработкой. Как правило, такая задача решается методом конечных элементов.

9.7. Расчетные величины и скорости деформаций наиболее надежно определяются опытным путем, например, путем проходки опытной выработки.

9.8. Рекомендуемся такая последовательность действий для оценки и принятия решения по состоянию системы «крепь-грунт»:

определение параметров крепи;

построение теоретической кривой конвергенции (предварительной):

уточнение параметров крепи с учетом предварительной кривой конвергенции (проект);

уточнение физико-механических и реологических характеристик грунта на основе натурных наблюдений;

построение уточненной эталонной конвергенции;

корректировка конструктивных параметров крепи и технологических режимов ее установки с учетом уточненной кривой конвергенции;

проведение инструментальных наблюдений и определение параметров реальной кривой конвергенции;

определение усилий и деформаций в элементах крепи (по данным натурных наблюдений);

оценка состояния системы «крепь-грунт» путем сопоставления эталонной и реальной кривых конвергенции, а также предполагаемого и реального состояния элементов крепи;

принятие решения о необходимости дополнительного крепления.

9.9. Расчет кривых конвергенции (предварительной и уточненной) проводится методами механики сплошной среды с учетом взаимовлияющего характера деформирования крепи и окружающего выработку грунта. При этом в качестве расчетной модели окружающего грунта рекомендуется принять линейно деформированную среду, обладающую наследственной ползучестью. В этом случае выражение кривой конвергенции W = W(t) для выработки, подкрепленной комбинированной крепью из анкеров и набрызг-бетона, ориентировочно может быть получено из решения задачи об осесимметрическом деформировании упругой плоскости с круговым вырезом, подкрепленным кольцом, моделирующим набрызг-бетон, и системой стержней, моделирующих анкеры, по формуле

где γ - объемная масса грунта;

H и R - глубина заложения и средний радиус выработки;

; S_c - площадь поперечного сечения выработки;

Е_н, Е_α - модули деформации набрызг-бетона и анкерного стержня;

φ(z_y) - функция места установки крепи от забоя;

h - толщина покрытия из набрызг-бетона;

α - межанкерное расстояние;

l_α - длина анкера;

F_α - площадь сечения анкерного стержня;

- деформационная характеристика грунта как функция времени вследствие ползучести.

9.10. Уточнение параметров грунта производится, например, с помощью замеров конвергенции (W_к = f_к(t)) стен экспериментальной выработки радиуса R_к, величину которого выбирают из условия исключения пластических деформаций грунта.

Параметры грунта, связанные со временем, определяют по формуле