Лекции_ВСЕ. Геотехнология строительная
 Скачать 1.71 Mb.
|
       Лекция 1 Геотехнология строительнаяОгромную роль в формировании науки об освоении подземного пространства, впрочем, как и других горных наук, сыграл академик РАН Владимир Васильевич Ржевский, который первым из ученых-горняков сумел преодолеть стереотип в подходе к определению понятия "горное дело" и разработал классификацию горных наук, включающую все основные элементы освоения недр земли. Он, в частности, впервые ввел термин "Строительная горная технология" (впоследствии «Строительная геотехнология») и обозначил им горную науку, главной задачей которой является «обеспечение исследованиями проектирования, строительства и реконструкции горных предприятий по добыче полезных ископаемых и подземных сооружений различного назначения». Предложенный термин полностью отвечает научному содержанию технологии в современном ее понимании: выявление физических, химических, механических и других закономерностей с целью определения и использования на практике наиболее эффективных производственных процессов. Крупным результатом теоретических исследований, проведенных во второй половине 90-х годов, явились современная концепция использования и сохранения недр и новая классификация горных наук. Издание в 1997 г. фундаментального труда "Горные науки. Освоение и сохранение недр Земли", подготовленного группой российских ученых под эгидой ИПКОН РАН, является событием особой важности, так как он подводит итоги многолетних исследований в области методологии горных наук, проводимых под руководством академиков Н.В.Мельникова, В.В.Ржевского М.И. Агошкова, К.Н.Трубецкого и знаменует начало нового этапа исследований по проблеме комплексного освоения недр. «Строительная геотехнология» как наука, в соответствии с новой классификацией, осуществляет научное обеспечение проблемы освоения подземного пространства – специфического георесурса недр. Подземное пространство - это природные (естественные) и техногенные полости или объемы массива горных пород, пригодные для строительства. Освоение подземного пространства - область науки и производства, связанная с использованием природных полостей или строительством подземных сооружений для размещения в них различных объектов жизнеобеспечения. Строительнаягеотехнология(англ. Building (construction) geotechnology, нем. Geotechnology im Bauweisen, фр. Geotechnologie de construction) - это совокупность знаний о закономерностях поведения подземных сооружений в массиве горных пород, технических, экономических и организационных взаимосвязях технологических процессов при их строительстве, реконструкции и восстановлении. Однако это не исключает возможности существования и других, более общих формулировок, например: Строительная геотехнология - горная наука о прочности, устойчивости и долговечности подземных сооружений, технических, экономических и организационных взаимосвязях технологических процессов при их строительстве, реконструкции и восстановлении. Структура «Строительной геотехнологии» представлена четырьмя разделами. Первый научный раздел объединяет вопросы методологии проектирования подземных сооружений. К ним относятся исследования и обоснование целесообразности и технической возможности строительства подземных сооружений, выбор их месторасположения, а также объемно-планировочных решений подземного объекта в зависимости от его функционального назначения, оценка горно-геологических условий строительства и т.п. Одним из направлений данного раздела является выбор стратегии и методов освоения подземного пространства, в том числе при утилизации и повторном использовании подземных объектов. Применительно к освоению подземного пространства городов это направление получило наименование подземная урбанистика (подземное градостроительство). Думается, что указанный термин можно использовать в более широком смысле, так как освоение подземного пространства всегда увязано с вопросами архитектуры и промышленно-гражданского строительства (здания и сооружения на поверхности горнодо-бывающих предприятий, жилые поселки, застройка подрабатываемых территорий и т.д.). Следует также отметить, что именно этот раздел «Строительной геотехнологии» является связующим между горными и строительными науками. Содержанием второго научного раздела, – механики подземных сооружений, – являются оценка устойчивости горных выработок, исследование процессов взаимодействия инженерных конструкций с породными массивами и установление качественных и количественных характеристик их напряженно-деформированного состояния; изучение закономерностей формирования нагрузок с учетом влияния горного и гидростатического давления, сейсмического воздействия, температуры окружающей среды, влияния технологии ведения горностроительных работ, а также обоснование новых материалов, рациональных типов и конструкций крепей и обделок; разработка новых методов расчета инженерных конструкций (крепи, обделки и породные конструкции, армировка), оценка их эксплуатационной надежности. В горнотехнической литературе этот научный раздел именуется механика подземных сооружений. Содержанием третьего научного раздела являются обоснование технологии строительства, реконструкции и восстановления подземных сооружений, включая исследования взаимосвязей элементов технологии горно-строительных работ, установление качественных и количественных параметров, определяющих выбор способов, техники и технологии строительства с учетом влияния природных и техногенных факторов на ее технико-экономические показатели, методов организации и управления работами по строительству одиночных горных выработок и их комплексов обычными и специальными способами, а также горнотехнических зданий и сооружений на поверхности; исследования и обоснование схем и способов технологии ремонта, реконструкции и восстановления подземных сооружений с целью увеличения срока их службы или повторного использования в новом качестве. И, наконец, четвертый, научный раздел «Строительной геотехнологии» изучает комплекс вопросов, связанных с исследованиями и обоснованием методов и способов подготовки массива горных пород при строительстве, реконструкции и восстановлении подземных сооружений в сложных горно-геологических и горнотехнических условиях (замораживание, химическое укрепление, тампонаж, водопонижение, осушение, разупрочнение пород и др.). В горнотехнической литературе эти вопросы объединены терминологическими определениями - управление состоянием массива или специальные способы строительства. Строительная геотехнология - это совокупность знаний о прочности, устойчивости и долговечности подземных сооружений, методах и закономерностях освоения подземного пространства недр. Строительная геотехнология составляет научную базу деятельности человека по использованию участков земной коры для размещения в них разнообразных объектов жизнеобеспечения. Ее научные данные используются при проектировании, строительстве и реконструкции подземных сооружений, а также в процессе их эксплуатации для обеспечения долговременной зашиты. К основным методам освоения подземного пространства относятся: - приспособление природных полостей (пещер, карстовых пустот); - реконструкция, восстановление или переоборудование существующих техногенных полостей (горных выработок, отработанных шахт и рудников, каменоломен, катакомб, законсервированных объектов ГО и т.д.) для их повторного использования в новом качестве; - строительство подземных сооружений определенного функционального назначения (горнодобывающие предприятия, тоннели, подземные ГЭС и АЭС, гаражи и т.п.). Развитие цивилизации сопровождается дальнейшим расширением инфраструктуры и ростом народонаселения, что неизбежно ведет к сокращению неосвоенных территорий на поверхности планеты и изысканию новых мест для размещения сооружений, производственных и иных объектов человеческой деятельности. По существу, таких мест три: космос, водоемы и недра. На современном этапе развития нашего общества наибольший интерес представляет подземное пространство недр. Во всем мире строительство объектов различного назначения под землей стало одним из приоритетных направлений. Их число в развитых странах удваивается каждые 10 лет, а в перспективе следует ожидать дальнейшего наращивания темпов освоения подземного пространства. Возможность сбережения земельных угодий, материальных, энергетических и других ресурсов, экономическая выгодность и другие преимущества выдвигают использование подземного пространства недр в число наиболее крупных и важных проблем для всех государств, в том числе и для России, несмотря на ее еще достаточно богатый природный потенциал. Реализация проблемы связана с решением очень многих изыскательских, технических, технологических, экологических, социальных, экономических и других задач. Главные из них: - изучение геоморфологических, литологических, тектонических, гидрогеологических, гидротермических, геодинамических, сейсмических и климатогеографических условий строительства подземного объекта в рассматриваемом горном отводе с целью выделения внутренне однородных объемов горных пород - литосферных блоков, соизмеримых с объемами размещаемых сооружений и конструкций; - выбор способов и средств, а также параметров ведения горных работ и методов обеспечения длительного функционирования проектируемого подземного объекта; - определение результирующих показателей строительства, эксплуатации и ликвидации (консервации) подземного сооружения. Конкретный перечень возможных научных, практических и других задач устанавливается применительно к каждому виду планируемого объекта (шахтное, гражданское и промышленное строительство, склады, хранилища, гидроэнергетические сооружения, лечебницы, объекты науки, культуры, туризма, спорта и др.). Закономерности, составляющие научную базу строительной геотехнологии, отражают две различные группы процессов, развивающихся в техногенноприродной системе «человек-подземное сооружение-массив горных пород»: физические и технологические (горностроительные). Строительная геотехнология изучает взаимосвязи технологических процессов с объективными законами природы применительно к искусственно создаваемым системам в подземных условиях. Закономерности, устанавливаемые при изучении физических и горностроительных технологических процессов, представляют собой единые в пространстве и времени комбинации. Поэтому вполне правомерно говорить об основных объективных технических закономерностях, т.е. об устойчивых, необходимых проявлениях свойств, связей материальных образований, обусловленных искусственной системой их взаимодействия, в которых реализуются строго заданные параметры материальных процессов, позволяющие создавать технические устройства, способные нести функции средств труда. На основе знаний о механическом состоянии среды при создании подземных сооружений могут быть раскрыты закономерности, позволяющие качественно и количественно оценивать влияние свойств пород, условий и технологий строительства и дальнейшего использования подземных сооружений на формирование и развитие во времени напряженно-деформированного состояния инженерных конструкций. При этом под инженерными конструкциями понимаются не только крепи горных выработок и обделки подземных сооружений, но и окружающие их части массива горных пород, способные выполнять грузонесущие функции. Целью строительной геотехнологии как науки является изучение объективных закономерностей и взаимосвязей между элементами горно-строительной технологии, качественно и количественно характеризующих эксплуатационную надежность подземных сооружений и эффективность процесса их строительства, реконструкции и восстановления, является. Предметом изучения строительной геотехнологии являются: технологии строительства, конструкции подземных сооружений, взаимодействующие с массивом горных пород, методы проектирования и расчета подземных сооружений, способы и средства обеспечения их прочности, устойчивости и долговечности, способы и методы строительства, реконструкции и восстановления подземных сооружений, способы и средства механизации горно-строительных работ, способы охраны подземных сооружений от вредных природных и техногенных воздействий, методы организации и управления горно-строительными работами и их экономической эффективностью, методы и технические средства обеспечения экологической безопасности горно-строительных процессов. Главной задачей строительной геотехнологии следует считать научное обоснование и разработку технических и технологических решений, обеспечивающих надежность, безопасность и эффективность их реализации при строительстве, реконструкции и восстановлении подземных сооружений и освоении подземного пространства. |