CC BY
18
- © К.В. Селин, А.Б. Шмонин, 2013
УДК 622.1:528.421]:622.833 К.В. Селин, А.Б. Шмонин
КОНТРОЛЬ СМЕЩЕНИЙ ПОВЕРХНОСТИ ОБДЕЛКИ СТРОЯЩЕЙСЯ СТАНЦИИ «ТОРГОВЫЙ ЦЕНТР» ЧЕЛЯБИНСКОГО МЕТРОПОЛИТЕНА МЕТОДОМ ТРИГОНОМЕТРИЧЕСКОГО НИВЕЛИРОВАНИЯ
Представлены мероприятия по обеспечению безопасности строительных работ, возводимой подземным способом, станции метрополитена, расположенной в нарушенном массиве под руслом реки. В основе мероприятий оперативный маркшейдерский контроль деформаций свода методом тригонометрического нивелирования с использованием современных тахеометров.
Ключевые слова: контроль деформаций; тригонометрическое нивелирование; контролируемое сечение; взаимное высотное положение; деформационная марка.
С
троительство станции «Тор- ром кроме трещин имеются дайки.
говый центр» Челябинского Осложненная структура массива
метрополитена ведётся в трещинова- спровоцировала вывалы крупных
том крупноблочном массиве, в кото- структурных блоков из кровли выра-
Рис. 1. Инженерно-геологический разрез по оси станции «Торговый центр» (по данным ОАО «Челябметрострой»)
ботки (калотты) при её частичном раскрытии в южной и северной части. Учитывая тот факт, что значительная часть станции расположена под руслом реки Миасс (см. рис. 1), а целик между сводом станции и галечником дна реки составляет всего 14 м, было принято решение о создании системы мониторинга за деформациями кровли при сооружении станции, для контроля геомеханической ситуации [1].
Обычно мониторинг деформаций различных сооружений выполняется методом геометрического нивелирования по хорошо известным методикам [3], обеспечивающим заданную точность при невысокой трудоёмкости. Однако применение геометрического нивелирования на данном объ-
екте было бы крайне трудоёмко, т.к. с постепенным понижением горных работ на строящейся станции увеличивается высота её свода (до 14 метров), что затруднило бы доступ к деформационным маркам. В таких условиях контроль смещений поверхности обделки свода геометрическим нивелированием будет практически невозможен без применения специальной техники.
Расчёт ожидаемых предельных величин деформаций свода строящейся станции показал, что необходим метод геометрического контроля, позволяющий уверенно выявлять смещения деформационных марок не более, чем 20 мм [2]. Таким методом может быть тригонометрическое ни-
велирование, однако стандартная методика этого способа требует создания и сохранения на весь период мониторинга ряда опорных точек для установки прибора, что практически невозможно в условиях строящейся станции. Кроме того, даже применение высокоточных электронных тахеометров по стандартной методике тригонометрического нивелирования не обеспечивает надёжного определения деформаций с точностью 20 мм и менее [4].
Описываемый ниже метод маркшейдерского контроля параметров свода разработан на основе усовершенствованной методики тригоно-
метрического нивелирования, с использованием современных электронных тахеометров, позволяющих измерять расстояния без отражателя, с достаточно высокой точностью. Эта методика не требует опорных точек для прибора, т.к. превышения между деформационными марками определяются относительным способом (относительно горизонта прибора, задаваемого его точным электронным уровнем). Поэтому возможно устанавливать прибор в любом удобном для измерений месте.
Для измерения расстояний до деформационных марок (ДМ) без отражателей была разработана специальная конструкция деформационной марки, совмещающая саму марку и визирную цель. ДМ были изготовлены из нержавеющей стали и закреплены на обделке свода с помощью анкерных болтов. Визирная часть ДМ изготовлена в виде сферы ш12мм. Такая форма выбрана для минимизации возможных ошибок наведения визирной оси трубы электронного тахеометра на ДМ в условиях понижения горных работ. Конструкция деформационной марки представлена на рис. 3.
Учитывая размеры станции, а также сложную геологию породного массива ДМ, заложенные в своде станции, размещены в трёх вертикальных плоскостях, параллельных продольной оси станции, как показано на рис. 2. Такое расположение ДМ, обеспечивает возможность более детального анализа возможных смещений поверхности обделки.
Свод станции, в направлении с севера на юг, разбивается на контролируемые участки (КУ) протяжен-
Рис. 4. Общая схема расположения контролируемых участков (А - К) и контролируемых сечении (I - IX) для маркшейдерских наблюдении за смещениями временной крепи свода станции (выделена - пройденная часть станции)
ностью 20—25 м, которые разграничены контролируемыми сечениями (КС) ориентированными поперёк продольной оси станции. Каждое КС образуется из трёх ДМ (см. рис. 2). Общая схема расположения КУ и КС для маркшейдерских наблюдений за смещениями временной крепи свода станции приведена на рис. 4.
Основной целью маркшейдерских наблюдений является выявление изменений взаимного высотного положения ДМ расположенных на КУ.
Взаимное высотное положение определяется заданным алгоритмом расчета превышений между ДМ в составе КУ.
Рассмотрим алгоритм расчета на примере КУ А
Ahl; 2 = h2 - hl ; ДЪз; 2 = h2 -
- h3 Ah4; 5= h5 - h4; Ahe; 5= = h5 - he; Ah3; 6 = h6 - h3 Ah2; 5 = h5 - h2; Ahl; 4 = h4 -
- hl.
Наблюдения на КУ сводятся к определению относительных высот ДМ входящих в его состав (см. рис. 6). Относительные высоты по вышеописанному алгоритму, преобразуются в значения превышений, по которым анализируют взаимное положение ДМ (см. рис. 5):
на КС I (Ah1; 2;Ah3; 2); — на КС II (Ah4; 5;Ah6; 5); — между КС I и КС II (Ah3; 6;Ah2; 5;Ahi; 4)
Суть определения взаимного высотного положения в том, что относительная высота (hi) определяется относительно горизонта тахеометра, которые изменяются с каждой перестановкой прибора, но превышения (Ah; j), при условии расчёта по алгоритму, будут оставаться неизменными, при условии отсутствия деформаций свода. Таким образом, сравнивая значения превышений (Ahi; j), полученные в разных циклах наблюдений, внутри КУ, можно выявить факт деформаций свода, при усло-
вии различия значений (Ah¡. j) между циклами наблюдений.
Данную сеть мониторинга можно привязать к опорной маркшейдерской сети, и все наблюдения производить относительно неё, но это снижает оперативность на-блюдений и обработки результатов.
Превышения между ДМ вычисляются по формуле:
Щ j= hj - hi ,
где hj и hi — относительные высоты ДМj и ДМ].
Формула для определения относительных высот hi по измеренным значениям Si и Z:
hi = Sj*cos Zi,
где Sj — измеряемое расстояние до ДМ; Zj — зенитный угол.
Результаты наблюдений (значения наклонного расстояния Si и зенитного угла Zi) заносятся в полевой журнал или память прибора. Контроль точности результатов измерений заключается в определении невязок по превышениям (Ahi; j) в полигонах (см. рис. 5) и это является необходимым условием надёжности измерений.
Точность определяемых значений Ahj. j составляет не более ±3 мм, если измерения производятся тахеометром Sokkia NET 1200 (либо прибором с аналогичными характеристиками) и не более ±5 мм, если измерения производятся прибором Sokkia SET 230 RK3 (либо прибором с аналогичными характеристиками).
Данные о точности определяемых значений Ahi; j получены предрасче-том по общеизвестным формулам теории погрешностей [5] и практически подтверждены двумя сериями экспериментальных наблюдений, которые показали, что фактические расхождения расчетных значений Ahi; j, по двум сериям наблюдений, ниже расчетных, что является гарантией объективной оценки взаимного высотного положения ДМ.
Предлагаемая методика маркшейдерских наблюдений имеет цель обеспечить оперативный контроль смещений поверхности временной крепи свода. Разработанную схему деформационного мониторинга планируется применять на протяжении периода возведения временной крепи строящейся станции.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Проект мониторинга напряженно-деформированного состояния системы «первичная обделка — горный массив» строящейся станции «Торговый Центр» Челябинского метрополитена./ ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» Научно-производственное объединение.— Екатеринбург. 2009.
2. Рекомендации по мониторингу напряженно-деформированного состояния грунтового массива и обделки станции "Торговый центр" Челябинского метрополитена./ ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» Научно-про-
изводственное объединение — Екатерин-бург2007.
3. Пискунов М.Е. Методика геодезических наблюдений за деформациями сооружений. — М.: Недра, 1980 г.
4. Раева О.С., Кортев Н.В. Тригонометрическое нивелирование электронными тахеометрами. / Сборник докладов Международного научно-практического симпозиума «Уральская горная школа — регионам», 21— 28 апреля 2009 г., Екатеринбург, с. 102—104.
5. Большаков В.Д., Гайдаев П.А. Теория математической обработки геодезических измерений — М.: Недра, 1977 г. ШНЛ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Селин К.В. — младший научный сотрудник, [email protected], Институт горного дела УрО РАН,
Шмонин А.Б. — кандидат технических наук, доцент, [email protected], Уральский государственный горный университет».
ГОРНАЯ КНИГА
Машины и оборудование для горностроительных работ
Ё.И. Кантович, Г.Ш. Хазанович, В.В. Волков, Э.Ю. Воронова, A.B. Отроков, В.Г. Черных 2013 г. — второе издание 445 с.
ISBN: 978-5-98672-261-0 UDK: 622.6:622.23/24
Изложены конструктивные схемы, область применения, основы расчета и эксплуатации машин и оборудования, используемых при сооружении горных выработок различного технологического назначения, а также при выполнении работ на промышленных площадках объектов шахтного и подземного строительства. Рассмотрены грузоподъемные машины, оборудование для бурения и заряжания шпуров и скважин, механизированный инструмент, погрузочные, буропогрузоч-ные, погрузочно-транспортные и призабойные транспортные машины, проходческие комбайны, стволопроходческие и тоннелепроходческие комплексы, водоотливные и вентиляторные установки.
Для студентов вузов, обучающихся по специальности «Шахтное и подземное строительство» направления подготовки «Горное дело». Может быть полезно при изучении средств механизации горно-строительных работ во время повышения квалификации инженеров-производственников.
