Министерство на образованието и науката на р. България



страница1/3
Дата19.10.2018
Размер5.21 Mb.
#91377
ТипАвтореферат
  1   2   3


МИНИСТЕРСТВО НА ОБРАЗОВАНИЕТО И НАУКАТА

НА Р. БЪЛГАРИЯ

МИННО-ГЕОЛОЖКИ УНИВЕРСИТЕТ „СВ. ИВАН РИЛСКИ“

МИННО-ТЕХНОЛОГИЧЕН ФАКУЛТЕТ

Кат. Подземно строителство

маг. инж. Владимир Цолов Вутов

Геомеханична логистика на проектирането и строителството на транспортен тунел, прокаран в скален масив, в условията на рудник Елаците, Елаците-Мед АД


АВТОРЕФЕРАТ
на дисертация за придобиване на образователна и научна степен „доктор“
по професионално направление:

5.7. „Архитектура, строителство и геодезия”

Докторска програма: „Подземно строителство”
Научен ръководител: проф. д-р инж. Венцислав Иванов
Рецензенти: проф. д-р Любен Иванов Тотев

проф. д-р Димитър Георгиев Назърски

София, 2018 г.

Дисертационният труд е в обем 101 стр., обособен в 5 глави, съдържащи текст, 32 фигури, 12 таблици, 134 литературни източници и сайтове.

Дисертационният труд е обсъден и насрочен за защита на разширен катедрен съвет, съгласно заповед № Р-667 от 11.06.2018 г., състоял се на 15 юни 2018 г., с протокол № 6.

Защитата на дисертационния труд ще се състои на 13 септември 2018 г. от 11.00 часа в зала 235 „Видекс” на М Т Ф, на открито заседание на научното жури.

Материалите по защитата (дисертация и рецензии) са на разположение на интересуващите се в сектор „Следдипломна квалификация“ на Минно-геоложки университет „Св. Иван Рилски“ – София.


Адрес: МГУ „Св. Иван Рилски“, София 1000

Студентски град, ул. „проф. Боян Каменов“ № 1

Ректорат, ет. 3, стая 79, тел 80 60 209.
Номерата на фигурите в автореферата съответстват на номерата на фигурите в дисертационния труд.

Автор: маг. инж. Владимир Цолов Вутов


Заглавие: Геомеханична логистика на проектирането и строителството на транспортен тунел, прокаран в скален масив, в условията на рудник Елаците, Елаците-Мед АД.

Тираж:


Печат:

I. УВОД
Тунелостроенето е практикувано още в праисторическите времена на човешкото обществено развитие. Най-старият, отговарящ на днешните ни представи, тунел е построен преди 4200 години в древен Вавилон, по волята на царица Семирамида. Тунелът е бил предназначен за пряка връзка между двореца и храмовия комплекс, намиращи се съответно на двата бряга на река Ефрат.

Тунели, отначало с военно и защитно предназначение, са строени през всички епохи на древния свят – Египет, Юдея, Древна Гърция и Рим. Тунелостроенето е затихвало по две причини – във времето на инквизицията и по време на Световните войни. Подем в тунелостроенето, предимно с гражданско предназначение (транспорт, рударство и др.), възниква с настъпването на Ренесанса.

За стара Европа, тунелното строителство с годините става повсеместен приоритет. Това е времето на проектите Готард и Симплон (Швейцария); Льоцберг, Караванко и Тауерн (Австрия); тунелите Ронко, Колди, Монте Адоне (Италия).

В хода на това интензивно строителство се натрупват масиви от данни, изискващи изучаване, систематизация, обясне­ние, прогнозиране и научно обосновани подходи за преодоля­ване на негативните явления и процеси съпътстващи строител­ството.

В началото, натрупаните масиви данни, теоретичните и експерименталните изследвания, се публикуват в различни професионални издателски направления - основно в тези с профил геомеханика, като на световния конгрес по геомеханика (Денвър, 1970, после на конгреса в Монтрьо, 1974). По-късно те вече се обособяват в секции по научното направление ТУНЕЛИНГ.

Научната общност по света вече осъзнава три обстоятел­ства, които характеризират проблема тунелостроене на съвре­менния етап: 1 – „тунелингът“ е наднационален; 2 – той трябва да обединява най-известните специалисти от отделните държави; 3 – необходимостта от функционална организационна научна структура, свързваща общността, най-добрите практики и теоретични достижения. Естественият връх на развитие на описаните процеси е през 1974 г., когато по инициатива на 19 държави е основана международната асоциация за тунело­строене ITA, много скоро реформирана до ITA AITES, включваща освен тунелостроенето, геотехническото овладяване на подзем­ните пространства.

Дейността на ITA AITES се управлява от четири комитета:


  1. ITA COSUF – Комитет за оперативна безопасност и сигурност при подземна геоинженерна дейност и специфично за тунели и подземни пространства;

  2. ITA CET – комитет за обучение и повишаване на квали­фикация, популярен като „Университетска мрежа“;

  3. ITA CUS – Комитет за подземни пространства, отго­варящ за комплексната урбанизация на подземните пространства под градовете;

  4. ITA TECH – Комитет за нови технологии.

За постигане на целите на ITA, във всеки от горните комитети е организирана мрежа от работни групи (WG). Всяка група е съставена от признати международни експерти, които изучават, анализират и обобщават световния опит в тунело­строенето и представят доклад по специализираните теми, пряко и косвено свързани с подземното строителство и тенденциите за развитие. Крайната цел на дейността на групите е чрез синтез на натрупаната информация, след сътрудничество с основните реномирани световни организации ISRM, WRA (Световна асоциация по пътно и ж.п. строителство), да се създадат правила и препоръки, които да се разпространят и използват като стандарти от националните организации, обединяващи всички специалисти от практиката или научно-информационното обслужване, навсякъде по света, за прогреса на обществото.
I.1. Състояние на проблема в света и у нас. Цели и задачи на изследването

Една от главните характеристики в развитието на света днес е урбанизацията на жизнената среда. Базов урбанистичен елемент е геотехническото строителство, в което тунелострое­нето заема приоритетно място. Професор Марк Панет [4], на юбилейната сесия на Виенския технически университет, посветена на К. Терцати, заявява, че главното геотехническо достижение на 20 век е строителството на тунели, а академик Трубецкой [5], че строителството на тунели е най-актуално, и че в най-развитите страни обема му се удвоява на всеки 10 години.

За характеризация и оценка на състоянието по проблема е извършен литературен обзор, който е реализиран в два етапа. В първият, приложеният обзор е тематичен. В тематичния обзор, дълбочина от 1970 г. насам, влизат направленията, класи­фикация, изследване на основните групи фактори, определящи кръга от задачи при най-добрите практики.

В резултат на тематичното проучване са определени етапите за постигането на успешен геотехнически проект е необходимо да се извършат следните фази:



  1. Характеризация за получаване на всичките основни, необходими входни разчетни параметри на масива и неговото окачествяване чрез системите за класификация.

  2. Диагностика на напрегнатото състояние и прогнозиране на геомеханичното поведение и реакция на масива; изграждане на структурен и геомеханичен модел с последващи параметрични анализи на системата ВМ/Т, чрез числено поетапно и постадийно (ако се налага) моделиране, с проверка и верифи­кация на емпиричните препоръки за прокарване и закрепване с временен и постоянен крепеж.

  3. Геомеханична логистика и захранване решенията в инженерния проект, или осъществяване на необходими корекции в него.

  4. Валидизация на проекта чрез геомониторинг.

Вторият етап на обзора за състоянието е направен въз основа на издадените и разпространявани, между държавите членки, документи на Световната Тунелна Асоциация (ITA AITES).

Общата характеристика на съвременната концепция (по документите на ITA AITES) за състоянието по проблема е показана като блокова схема на фиг. 1.

Естествено е, след дадения по-горе анализ на състоянието на тунелното строителство в света, то да се сравни с това у нас.

Тунелното строителство у нас се регулира чрез норма­тивни бази с йерархично структура – закон, наредби, правил­ници, норми и правила.

В най-общ план, сравнението между управлението, орга­низацията и изпълнението на тунелното строителство, въпреки неговата сложност, етапност и видове дейности установява некохерентност между нашата практика и т.н. добри световни практики.

Характеризацията на съвременното състояние в областта на тунелното строителство у нас ще бъде непълна, ако не отбележим обстоятелството, че независимо от установените нормативни несъответствия, отделни авторски позиции, тунело­строенето и неговото научно информационно обслужване у нас с годините бележат определено развитие.

В много национални научни форуми и специализирана по този проблем периодика има публикации за теоретични изследвания, за конкретни проекти, съдържащи информация за успешно и уместно приложение на елементи и етапи от т.н. добри практики на развитите страни.

I.2. Изводи и заключение


  1. Тунелостроенето е основно направление на съвремен­ното подземно геотехническо строителство.

В международен план, научно-информационното осигу­ряване, организацията и управлението на всеки етап – от идей­ния проект, през инженерния проект, строителството, до експлоатацията на тунела, в модерния свят, днес са изклю­чително развити.

Фиг. 1. Обща концепция за процеса на проектиране и строителство на тунели (блокова схема) по документи на ITA



  1. Сравнението по описаните направления в национален аспект показва наличие на несъответствия и пропуски, което обуславя известно изоставане спрямо най-развитите държави. Причини, според нас, за това са следните обстоятелства:

  • Теоретичният фундамент на тунелостроенето, по наше мнение, е ситуиран между две научни области – тези на строителните и минни науки. В цитираните държавни документи превес имат постулатите на строителната механика.

  • При прокарването на тунелите в скална среда проб­лемите са различни. Вместващият масив е предварително напрегнат от полета на напрежения с различен генотип. Системата ВМ/Т по същество е природно-техногенна и нейното НДС зависи от параметрите на естественото напрегнато със­тояние, индуцираните от прокарването напрежения, свойствата и структурните характеристики на масива и технологичните въздействия на режима при изкопаване. В този случай, мето­дите на приложната геомеханика са единствените, които осигуряват количествено определяне на НДС и устойчивостта на упоменатата система.

  1. Тунелното строителство в страната има потенциал за развитие в унисон със световните тенденции. Съвременното му състояние обуславя необходимост от актуализация за съответствие по някои от специфичните направления. Едно такова направление е комплексно параметрично осигуряване и логистика на проектирането и строителството на транспортните тунели. На този проблем е посветена темата и изследванията на настоящата дисертация.


I.3. Цели и задачи на дисертационния труд
Въз основа на извършеното проучване и анализи на състоянието на проблема транспортно тунелостроене в развитите страни и у нас, в представения труд, е поставена целта за достигане на пълно геомеханично осигуряване на проекта и строителството на транспортен тунел в максимално съот­ветствие с най-добрите световни практики.

За постигането на тази цел е необходимо решаването на следните задачи:



  1. Да се структурира и състави адекватна методология за комплексна геомеханична логистика на проектирането и строителството на транспортен тунел за връзка между корпусите за едро трошене на рудата КЕТ2 и КЕТ3 на рудник „Елаците“.

  2. Избраните аналитични, експериментални и експертни методи, съставляващи методологията да се приложат поетапно и във взаимна обвързаност за определяне на геомеханичното състояние на проблемната зона и системата ВМ/ТТ чрез решение на следните задачи:

    1. Характеризация на скалния масив, вместващ ту­нела по механични и структурни свойства и напрегнато състоя­ние и съставяне на многомерна база от данни за параметри на състоянието.

    2. Числено моделиране и параметрично изследване на НДС, геомеханичния риск и устойчивостта на системата ВМ/ТТ в съответствие с етапите на изграждане на тунела и конкретните геотехнически условия.

    3. Формулировка на геомеханични подходи за логистично осигуряване на проектните решения, етапите на строителство и методите за поддържане на тунела и системата в устойчиво състояние.

  3. Всички избрани и приложени методи за аналитичните, лабораторните и in situ изследвания използвани за целите на разглеждания проблем да отговарят на стандартите на Световната тунелна Асоциация ITA AITES и изискванията на Международната Асоциация по механика на скалите ISRM.

II. МЕТОДОЛОГИЯ ЗА ГЕОМЕХАНИЧНА ЛОГИСТИКА
Находище „Елаците“ е разположено между прохода Кашана (запад) и източно от връх Баба (1727,2 м) в Етрополската планина. Теренът му е с надморска височина 1520/985 м. Териториално, находището е в землището на гр. Етрополе, област София, между градовете Етрополе и Златица (фиг. 2).

Фиг.2.
Масивът в района на находището най-общо е изграден от три типа скали:

  • палеозойски метаморфен комплекс, съставен от разно­видности шисти, филити и хорнфелзи, разположен в южната част;

  • интрузивен комплекс, състоящ се от различни типове гранодиорити (основно амфибол и амфибол-биотитови), из­граждащи централната и северни части;

  • дайкови скали, процепващи и двата комплекса, внед­рени както в шистите, така и в гранодиоритите.

Скалният масив е нарушен от различно ориентирани снопове разломи. Определящо значение за структурните условия, респективно за рудната локализация на находището имат зоните на пресичането на руптурите от Пристанищенската (ССИ) и Елашката (ИЮИ) системи, както и субпаралелните им разломи от по-нисък ранг [101].

Скалите от находището са нарушени от две до шест сис­теми пукнатини, които са оперяващи на разломните структури. Напукаността е различно проявена в отделните му части, като най-интензивни са пукнатините от ССИ-ИЮИ системи.

Находище „Елаците“ се приема за слабо оводнено. Подземните води са от два типа – безнапорни с плитка и напорни, с дълбока циркулация. Те са хидравлично свързани, имат идентичен състав и максимален дебит 2,2 – 3,0 l/sec (за напорните води). На територията на рудника са установени 84 водопроявления, дислоцирани само в южната част на нахо­дището, т.е. извън проектната зона.

Находището е с медно-порфирно орудяване. Освен мед и молибден от практи­чески интерес са съдържащите се в рудата злато, сребро, селен, телур, германий и галий.

Рудното тяло е щокверк от рудни стълбове с почти вертикални граници, и е с дълбочина над 500 м, а в план, то е с дължина и ширина 800 и 350  500 м, съответно. Разработването на находището е чрез открит добив на рудата. Капацитета на рудник „Елаците“, надхвърля 1,2 млн. тона.

В резултат на интензивната, дългогодишна експлоатация, кариерата достига дълбочина, обуславяща нарастването на транспортните разстояния от рудника до корпуса за едро трошене (КЕТ) на рудата, респективно съществено увеличаване на транспортните разходи на рудника. В програмата му за развитие е планирано прокарването на наклонен тунел, снабден с гумено-транспортна лента за извозване на рудата от чашата на рудника (кота 1030) до КЕТ, на кота 1120.

Реализацията на този проект, дава възможност за същест­вена оптимизация на транспортната схема на рудника, осигу­рява значително пряко и косвено подобряване на икономи­ческите показатели на дружеството, както и за ефективно подобряване на качеството на околната среда, в района.

Съгласно идейния проект, транспортният тунел е разположен в СИ част на рудника, извън контурите на рудното тяло. Тунелът е с планирана дължина от 560 м и светло сечение 10,6 м2, с подковообразна форма. Тунелът е праволинеен, с ориентирана на север (357) ос и е с наклон 9 по направлението Ю-С. Тунелът е плитко заложен, но трасето му преминава през различни геоложки среди от естествен скален масив, като в средната част (около 130 м), тунелът пресича техногенен насип от уплътнени скални късове. На фиг. 3 е показан ситуационен план с разположението на тунела.

Фиг. 3. Местоположение на транспортния тунел


freeform 17805На фиг. 4 е показан геоложки разрез на проектната зона.

Фиг. 4. Геоложки разрез на масива в проектната зона

I участък от 0 м до 280 м – масивен гранодиорит;

II участък от 280 до 300 м – преходна зона – изветрял гранодиорит;

III участък от 300 до 440 м – изкуствен насип от скални късове от гранодиорит и хорнфелзи;

IV участък от 440 до 470 м – преходна зона – изветрял гранодиорит;

V участък от 470 до 560 м – напукан гранодиорит;
II.1. Геоложка характеристика на проектната зона
Скалният масив, в обхвата на тунела, е изграден от един литоложки тип скали – разновидности амфибол и амфибол­биотитови гранодиорити. По трасето на тунела, от южния портал до 280я метър, гранодиоритите са непроменени, здрави, плътни, среднозърнести. Същият тип гранодиорити изграждат вмест­ващия масив в участъка от 470я м до края на тунела.

Изветрелите гранодиорити се простират от 280я  300я метър и от 440я до 470я метър, т.е. в частите от трасето, където тунелът ще влезе и съответно излезе от участъка на техногенния насип. В дълбочина дезинтеграцията му намалява и се интегрира към системите пукнатини, нарушаващи непроменените грано­диорити, представени в района.

Естественият скален масив е нарушен от снопове тектонски разломи, локализи­рани основно в частта от входа на тунела до техногенния насип. В разглежданите материали има само данни за тяхното разпределение, без кинематични характерис­тики на придвижванията по тях.

Извършени са конвенционални изследвания на напука­ността на масива от проектната зона. Системите пукнатини, както вече бе отбелязано, са с различно проявление и интен­зитет. В проблемната зона, в началото на трасето, системите са две, като по дължината му броят им нараства, и в крайната част установените системи пукнатини са пет.

Техногенният насип се състои от късове, основно интру­зивни скали – гранодиорити, диоритови и гранодиоритови порфирити, хорнфелзи и метаморфни шисти. Насипът е изграден при строежа на рудника, преди повече от 15 години, той е уплътнен и консолидиращ се в дълбочина, където са и по-едрите късове, формиращи долната му част.

По геоложки признаци, по степен на вторични изменения и по нарушеност, масивът по дължината на проектната зона е разделен на пет участъка. На фиг. 4 е показан геоложки разрез по оста на тунела, където участъците са означени от началото – руднична „чаша“ към края при съществуващия КЕТ.


II.2. Физикомеханични свойства на скалите (ФМС)
Свойствата на изграждащите североизточната част на вместващия масив скали, са от проучвания извършвани през 1968 г., както и по данни от изследвания над кота 1000 м, от 1996, 2003, 2004 и 2005 г. Обобщените резултатите от тях са показани в табл. II.1.

Проучванията тогава са изпълнени съгласно Стандартни методи на геотехниката и изискванията на Наредба 1/1996 на МРРБ. При тях са определяни якостните характеристики на опън и натиск, а кохезията и ъгълът на вътрешно триене е определен само на три пробни тела. В таблицата няма данни за участък MV, определен като участък с напукан гранодиорит.

Таблица II.1.

Обобщени данни за ФМС на скалите от налични до старта на проекта лабораторни изпитания


Физико-механични показатели



Гранодиорити

Хидротермално променени

непроменени

Якост на натиск [MPa]

25 – 70

45


100 – 170

127


Якост на опън [MPa]

9

12

Кохезия [MPa]

10,3

14,64

Ъгъл на вътрешно триене []

28,3

28,36

Обемна плътност [g/cm3]

2,64

2,62

Обем на порите [%]

3,27

4,9

За ФМС на скалите от пети участък, без допълнителна информация, свойствата са приети за аналогични на тези, посочени в табл. II.1, като хидротермално променени скали. За физикомеханическите характеристики на скалите от техногенния насип, освен измерване на обемното тегло, други характеристики не са определяни, а са приети по нормативи както следва: обемно тегло 2,13 – 2,29 g/cm3, кохезия с = 0, ъгъл на естествен откос в сухо състояние 45 и ъгъл на вътрешно триене 40.

Зоната на тунела, съгласно сеизмичното райониране на България е от VIII степен на интензивност и има сеизмичен коефициент КС = 0,15. Цитираната налична информация не съответства на съвременните изисквания, съгласно ISRM.
II.3. Методология на геомеханичната логистика на проектирането и строителството на транспортния тунел на рудник „Елаците“
Въз основа на обзора, наличните данни, научната инфра­структура, с която разполагаме обхватът и целите и задачите на дисертационния труд е създадената методология, представена на фиг. 5.


Фиг. 5. Блок-схема на методологията за геомеханична логистика на проекта и строителството на транспортния тунел
Основните групи фактори, определящи НДС на системата ВМ/ТТ са механичните свойства и структурните характеристики, напрегнатото състояние и мащабите на технологичните въздей­ствия, свързани с изкопаването.

Тяхното познаване обуславя необходимостта от създа­ването на система (съвкупност) от методи за идентификация, оценка, прогнозиране и контрол на геомеханичното състояние и механичните процеси в масива, с цел планиране на въздействие върху онези от изложените по-горе фактори, които може да бъдат управлявани. Тези обстоятелства определят целите на методологията – научно-информационна логистика, базираща се на комплексни и системни геомеханични изследвания на ключовите групи геомеханични фактори на състоянието за всеки от етапите – проучване, проектиране, строителство и експлоатацията на транспортния тунел на рудник „Елаците“, по всеки фактор от изброените групи. Същите упоменати по-горе фактори, по същество дават възможност за обща оценка на техногенния риск, условията на труд и ефективността на проекта, също възприети от нас за задачи на представената тук методология.

Методологията трябва да удовлетворява следните усло­вия:


  • да осигури комплексна логистика на проектирането и изграждането на транспортния тунел, в съответствие с препо­ръките на ИТА;

  • да отчита специфични особености и ограничения в района на проектната зона и проекта;

  • да представлява оптимално съчетание на лабораторни, експериментални методи, съобразена със съответните им тех­нически възможности, за определянето на необходимите и достатъчни по обем и представителност, количествени пара­метри, за инженерните разчети и начина на изграждане на съоръжението.

Приложението на методологията трябва да осигурява количествено още следните потребности на проекта: да дава възможности за идентификация и количествено определяне на критичните геоложки и геотехнически фактори, влияещи върху изпълнението на проекта; да осигури прогнозирането на вида и мащаба на процесите, индуцирани в масива от технологичните въздействия в процеса на строителството (пробиване, взривно разрушаване, разуплътняване и др.п.).

Оценката на тези ключови фактори се извършва чрез параметричен анализ, посредством числено моделиране. Изборът на адекватен модел и неговата коректна работа зависят изключително от надеждността, достоверността и точността на определяне на т.н. параметри на състоянието, които са входните характеристики и фактически създават (определят) граничните условия и успеха на численото изследване.

В смисълът на изложеното, една от основните и най-съществени подцели на методологията е създаването на много­мерна база данни за пълната характеризация и квантификация на качеството на масива, необходими още за детайлизация на проектните решения, при необходимост.

Представената методология и планираните в нея изследвания са базирани на предварителни посещения, преглед и анализ на наличната текстова, графична и цифрова информация относно геологията, строежа, хидрогеоложката обстановка и данните от извършени изпитвания на свойствата на скалите от зоната на проекта.

За целта допълнително са определени възможните место­положения за прокарване на ядкови сондажи от повърхността за получаване на представителни образци от всички типове скали за лабораторните изпитвания. Сондажите са планирани така, че да се определи директно качеството на скалите по извадената ядка (RQD) [16], както и характеристиките на пукнатините по направление на сондажните оси, в обхвата на тунела.

В заключение, е необходимо да се отбележи, че оценката на предложената методология, относно структурата, съдържа­нието и възможностите й за комплексното осигуряване на геомеханична логистика на всеки геотехнически проект, може да бъде дадена само и единствено чрез експерименталното й приложение. Това обстоятелство определя плана на изслед­ванията и анализа на резултатите от тях, на което са посветени следващите глави на предлагания дисертационен труд.



Каталог: new -> docs -> N Juri
N Juri -> Кратък обзор и резюмета на представените публикации основните направления в представените публикации включват
docs -> Д е к л а р а ц и я списък на договорите за строителство сходни с предмета на обществената поръчка изпълнени през последните пет години, считано от крайния срок за подаване на оферти
docs -> Д е к л а р а ц и я справка-информация за оборота от строително ремонтни работи на улици и пътища за последните три години/2011г.,2012г и 2013г./в зависимост от датата на която участникът е учреден или е започнал дейността си
N Juri -> Конкурс за професор по научно направление 7 „Архитектура, строителство и геодезия опит при ликвидиране на последиците от уранодобива в българия
N Juri -> За участие в конкурса за доцент по професионално направление


Сподели с приятели:
  1   2   3




©obuch.info 2024
отнасят до администрацията

    Начална страница