книги / Строительная геотехнология

иимеет определенный экологический аспект, но не имеет прямого геологического содержания. Приведенные связи (1)

и(2) в эколого-геологическом анализе ситуации учитывают­ ся только по мере необходимости.

Прямая связь (5) отражает техногенное воздействие че­ ловека через технологию строительства подземного объекта на окружающий породный массив с образованием в некото­ рой его части области влияния. Обратная связь (4) отражает реакцию области влияния окружающего породного массива на техногенные воздействия. Связи (3) и (4) в эколого­ геологическом анализе являются очень существенными. В то же время эти связи отражают техногенную связь человека и окружающего породного массива, техногенное взаимодей­ ствие.

Прямая связь (3) человека и области влияния породного массива отражает управляющее прямое воздействие челове­ ка на область влияния, которое выражается в ее оценке, за­ щитных мероприятиях, стабилизации и т.п. Обратная связь

(6) отражает реакцию области влияния породного массива по отношению к технологии строительства подземного со­ оружения. Оба эти вида связей несут эколого-геологическое содержание.

Действительные качественные и количественные ха­ рактеристики фактического взаимодействия подземного объекта и окружающего породного массива могут быть

Рис. 5.6. Взаимодействие элементов природно-технической геосистемы

147

определены лишь на стадии эксплуатации подземного со­ оружения посредством различных методов контроля функционирования ПТГС.

Рассматривая объект как подземное сооружение в пре­ делах жизненного цикла, проектировщик на каждой стадии этого цикла анализирует и принимает решения, опираясь на то представление об объекте, которое соответствует его изу­ ченности на данной стадии.

Типовой жизненный цикл, соответствующий действую­ щим нормативам проектирования, включает:

♦установление потребности в строительстве подземно­ го сооружения, установление ресурсных возможностей реализации (технологических, информационных, эколо­ гических, экономических и т. п.);

♦разработку технико-экономических обоснований (ТЭО)

ипрогнозирование динамики ТЭО от изменения внешних факторов и принятие решения о проектировании;

♦проектирование объекта и технологии его сооруже­ ния как оптимизационный процесс, в результате которо­ го формируются многовариантные решения, оптималь­ ные в соответствующих условиях;

♦разработку и обоснование критериев выбора решения на основе соответствия проектных решений условиям конкретных задач при обеспечении максимальной эф­ фективности и безопасности эксплуатации сооружения;

♦строительство объекта на основе выполняемого проекта;

♦эксплуатацию объекта на основе соответствия харак­ теристик подземного сооружения функциям размещае­ мого в нем объекта;

♦реконструкцию сооружения на основе технического перевооружения, расширения функций объекта, вовле­ чения в эксплуатацию новых запасов, выявления нового ресурсного потенциала и т.п.;

♦консервацию или ликвидацию объектов;

♦рекультивацию нарушенных земель.

148

Перечисленные стадии участвуют в проектировании, опираясь на определенным образом сформированную ин­ формационную модель, которая в допустимом приближении отображает реальную ситуацию в массиве, подземном со­ оружении на момент измерения, т. е. в статическом времен­ ном срезе. Поскольку процессы в породном массиве проте­ кают непрерывно с изменениями от техногенного и антропо­ генного воздействий, то на всех этапах проектирования возникает вопрос уточнения исходных данных. По существу, построение модели объекта для проектирования требует ак­ тивного геомеханического мониторинга ситуации в массиве и подземном сооружении как основы для прогнозирования и разработки требований к технологии. Существующая прак­ тика не реализует этого подхода по многим в основном эко­ номическим и техническим причинам. Разрешение этого противоречия возможно при переходе к концепции проекти­ рования на основе информационного моделирования сис­ тем. С этих позиций рассматриваемая система «массив — технология — подземное сооружение» представляет собой модель, которая, с одной стороны, обладает всеми свойст­ вами открытой системы (гибкость, динамичность, целост­ ность, сложность и т.д.), а с другой-— как некоторое логиче­ ское построение, отображающее наше представление об объекте и протекающих в нем процессах, обладает свойст­ вами информационной модели.

Рассмотрим характеристики элементов системы. Как было отмечено в главе 4, породный массив как сложное полиминеральное и многофазовое природное объединение сам по себе представляет сложную систему. В общем виде массив как многокомпонентная подсистема может быть представ­ лен как схема взаимосвязей фазовых состояний, причем взаимосвязи также отражают многообразие причинноследственных факторов природных, техногенных и антропо­ генных воздействий.

Применение различных специальных мероприятий (методов подготовки и способов воздействия на массив гор­ ных пород), направленных на снижение этого воздействия, создает предпосылки формирования обратных связей в сис-

149

теме «массив — технология — подземное сооружение», ми­ нимизирующих реакцию системы на эти воздействия. Ми­ нимальные отрицательные воздействия элементов системы друг на друга являются целью управления поведением систе­ мы для поддержания ее в устойчивом состоянии, что, собст­ венно, является целью и при проектировании строительства подземных сооружений.

В соответствии с теорией систем такая минимизация свидетельствует о возможностях формирования управле­ ния системой уже на этапе проектирования подземного со­ оружения. Исследовать технологические процессы, имеющие многовариантные сетевые структуры, а также находить оп­ тимальные сочетания вариантов, вместе составляющих еди­ ные цепи, возможно с применением теории графов. Графи­ чески возможность разработки управляющего воздействия на связи «массив — технология» может быть представлена в виде иерархических двудольных графов взаимосвязей, ко­ торые, с одной стороны, представляют собой набор харак­ теристик, отражающих взаимодействие природных процес­ сов, протекающих в массиве и зависящих от взаимодействия состояний элементов массива, с другой стороны, техноло­ гические процессы, направленные на снижение негативного воздействия этих процессов на подземное сооружение и на создание благоприятных условий использования различных способов их строительства (рис. 5.7).

Рис. 5.7. Вершины графа для оптимизации технологии строительства подземных сооружений в сложных горно-геологических условиях

150

В графической интерпретации вершинами графа явля­ ются следующие технологические процессы при строитель­ стве подземных сооружений в сложных горно-геологических условиях: методы подготовки массива (II); способы воздей­ ствия на массив (III); способы строительства подземных со­ оружений (IV); организационно-технические варианты реа­ лизации способов строительства подземных сооружений (V). В качестве отправной вершины графа принимаются кон­ кретные горно-геологические условия строительства под­ земных сооружений (I).

На рис. 5.8 представлен двудольный граф взаимосвязей между подсистемой «массив» и методами его подготовки. Этот граф, с одной стороны, представляет собой набор ха­ рактеристик, отражающих взаимодействие сложных при­ родных процессов, происходящих в массиве, а с другой сто­ роны, методы его подготовки, направленные на снижение негативного воздействия от этих процессов и создание бла­ гоприятных условий для применения различных способов строительства подземных объектов в сложных горно­ геологических условиях.

На рис. 5.9 двудольный граф отражает взаимосвязи между методами подготовки массива и активными спосо­ бами воздействия на него. От правильно выбранного спо­ соба воздействия на породный массив во многом зависит весь жизненный цикл подземного объекта. Способы воз­ действия на массив не только являются защитными меро­ приятиями от воздействия внешней среды на подземное сооружение, но и в то же время представляют собой на­ дежную защиту окружающей среды от техногенного воз­ действия при строительстве подземных сооружений. Так, например, при применении замораживания как способа воздействия на неустойчивые водоносные породы ледо­ породное ограждение является надежной защитой от влияния внешней (по отношению к подземному объекту) среды. Одновременно это же ледопородное ограждение слу­ жит также защитой окружающего массива от взрывных ра­ бот, применяемых при проходке стволов.

151

Рис. 5.8. Двудольный граф взаимосвязей между сложными условиями строительства подземных сооружений и проектируемыми методами подготовки массива

На рис. 5.10 представлен двудольный граф взаимосвязей между способами воздействия на массив и способами строи­ тельства подземных объектов. От правильно выбранного способа воздействия на массив горных пород и способа строительства подземного сооружения во многом зависит дальнейшее его функционирование и экологические послед­ ствия влияния на окружающую среду. Для достижения высо­ ких технико-экономических показателей строительства под-

152

Рис. 5.9. Двудольный граф взаимосвязей между проектируемыми мето­ дами подготовки и способами воздействия на массив

земного сооружения важным является применение опти­ мальных организационно-технических решений в рамках выбранного способа строительства. Это соответствие пред­ ставлено на рис. 5.11 также в виде двудольного графа.

Графическая интерпретация возможности управляюще­ го взаимодействия в подсистемах «массив — технология» представлена на рис. 5.12. Это взаимодействие, с одной сто­ роны, представляет собой набор характеристик, отраж аю ­ щих взаимовлияние природных процессов, происходящ их в

153

Рис. 5.10. Двудольный граф взаимосвязей между способами воздействия на массив и способами строительства подземных сооружений

массиве и зависящих от взаимодействия состояний эле­ ментов массива, а с другой стороны, технологические про­ цессы, направленные на снижение негативного воздейст­ вия от этих процессов на подземный объект и на создание благоприятных условий использования различных спосо­ бов строительства.

Теоретико-графовая модель (рис. 5.12) представляет со­ бой 5-дольный граф

G =lU V t,u ),U c

154

где каждая доля взаимооднозначно соответствует классифи­ кационному пространству: Vi — пространство условий строительства подземных сооружений, \Vi | = 7; Уг =Г (V i) — пространство методов подготовки массива горных пород, \Уг | = 7; V3 = Г (Уг) — пространство способов воздействия на массив, \У з | = 17; Vi = Г (У з) — пространство способов строительства, \ Уа\= 10; У$ = Г (F-t)— пространство органи­ зационно-технических решений при строительстве подзем­ ных сооружений, | Vs | = 15; Г — прямое отображение /-й доли в (г' + 1)-ю, i= 1, 2, 3, 4.

Рис. 5.11. Двудольный граф взаимосвязей между способами строитель­ ства подземных сооружений и организационно-техническими варианта­ ми реализации этих способов

155

Рис. 5.12. Иерархический fc-дольный граф взаимосвязей между условиями строительства, методами подготовки, спо­ собами воздействия на массив, способами строительства и организационно-техническими решениями при проекти­ ровании строительства подземных сооружений