книги / Методология проектирования строительства подземных сооружений

С учетом отмеченных выше особенностей, представляет­ ся, что концепция эффективного управления рассматривае­ мой системой в сложных горно-геологических условиях должна базироваться, с одной стороны, на заранее запро­ граммированных проектных решениях, минимизирующих изменения равновесного состояния системы, а с другой - на реализации активного геомеханического мониторинга. По­ следний предполагает;

•непрерывное в течение всего жизненного цикла ГТТГС наблюдение за ее состоянием и факторами, опреде­

ляющими воздействия на систему и откликами систе­ мы на эти воздействия; получение на основе указанных наблюдений оценок

фактического и прогноз ожидаемого состояния ПТГС;

организацию целенаправленных консолидирующих отрицательных обратных связей в системе и управ­ ляющих воздействий, обеспечивающих затухание дес­ табилизирующих процессов в ней.

Воздействие породного массива на устойчивость и де­ формируемость подземного сооружения может привести к переводу ПТГС из стабильного состояния в аварийное. Для исключения этого состояния прогноз корректируется осуще­ ствляемым с помощью мониторинга фактическим учетом изменения во времени прочностных и деформационных ха­ рактеристик горных пород и оценкой вероятности воздейст­ вия на подземное сооружение эндо- и экзогенных геологи­ ческих процессов, характерных для данного типа горно­ геологических условий, а также с учетом фактических де­ формаций и изменения механической устойчивости самого подземного объекта. Кроме воздействия, оказываемого по­ родным массивом на подземное сооружение, происходит об­ ратное воздействие. В процессе функционирования самого подземного объекта, например, канализационного коллек­ торного тоннеля, возможна инфильтрация жидкости в окру­ жающий породный массив, что может вызвать очень серьез­ ные последствия для экологии данного района.

ПТГС функционирует под влиянием не только возму­ щающих взаимодействий. Опираясь на результаты исследо­

ваний и расчетов, реализованных в прогнозе, можно уже на стадии планирования и проектирования ПТГС предсказать, как будут изменяться ее структура, режим и состояние в пе­ риод строительства и эксплуатации. На этой основе решает­ ся задача оптимизации функционирования ПТГС. В период же строительства и эксплуатации ПТГС возникает задача ее управления для поддержания оптимального технологического режима работы и оптимизации задач, связанных с взаимо­ действием подземного сооружения с окружающим пород­ ным массивом.

Управление ПТГС предусматривает изменение состояния системы, которое достигается в результате изменения управ­ ляющих взаимодействий. Последнее осуществляется с по­ мощью так называемых сигналов управления. Эти сигналы несут сообщения о требуемых значениях управляющих взаимодействий. Сами же сигналы управления вырабатыва­ ются на основании информации о функционировании ПТГС.

Эффективное управление и функционирование обоих по­ казанных на структурной схеме контуров управления воз­ можно только на основе соответствующего информационно­ го обеспечения. Такое информационное обеспечение мето­ дологически целесообразно также разделить на два уровня. Первый уровень включает исходную (базовую) инженерно­ геологическую информацию о структуре, свойствах и со­ стоянии массива в зоне строительства подземного сооруже­ ния, а второй корректирующую информацию, отражаю­ щую отклонения реальной ситуации в породном массиве и в конструктивных элементах подземных сооружений от про­ гнозируемой на стадии проектирования.

Информационное обеспечение первого уровня включает:

• геологические карты и стратиграфические разрезы

в месте будущего строительства подземного сооруже­ ния;

сведения о петрографическом составе горных пород,

их текстурных и структурных особенностях, степени выветривания и газоносности;

оценочные данные о тектонических разрывах и тре­ щиноватости;

сведения о новейших и современных тектонических движениях и сейсмических явлениях; данные о типах подземных вод и их распространении

в пределах зоны влияния подземного сооружения, а также прогнозные оценки возможных изменений сте­ пени обводненности в процессе его строительства и эксплуатации;

физико-механические и фильтрационные свойства горных пород;

оценки исходного поля напряжений и возможных его изменений под влиянием технологических процессов;

сведения о естественных и искусственных аэродина­ мических каналах, связывающих места будущего под­ земного сооружения с имеющимися в их окрестностях выработками и поверхностью земли.

Рекомендации по применению различных геофизических методов для информационного обеспечения проектных ре­ шений строительства и эксплуатации подземных сооруже­ ний представлены в табл. 3.1.

Важно также отметить, что для получения более надеж­ ной информации I уровня, указанные выше геофизические методы целесообразно комплексировать с традиционными геологическими и маркшейдерскими.

Второй уровень информационного обеспечения, представ­ ляет собой важнейший элемент активного геомониторинга. Его задачей является получение информации о динамике, структуре, свойствах и состоянии подземного объекта и ок­ ружающего породного массива непосредственно в ходе строительства. Одним из основных требований к получаемой на этом этапе информации является ее оперативность. Это связано с тем, что потеря устойчивости ПТГС, особенно в сложных горно-геологических условиях, может представлять собой довольно быстрый (скачкообразный) переход из одно­ го равновесного состояния в другое, предотвратить который возможно только путем т.н. упреждающих управляющих воздействий. Потенциальная возможность реализации таких воздействий и их своевременного информационного обеспе­ чения базируется на том факте, что любой форме потери ус-

ствию может быть использован коэффициент устойчивости Ку, предложенный С.И. Пахомовым и А.М. Монюшко.

Значение коэффициента устойчивости изменяется в диа­ пазоне от 0 до 1 и определяется уровнем качества ПТГС.

В тех случаях, когда понижение эколого-геологического качества системы сопровождается уменьшением какого-либо показателя, Ку определяется как отношение величины при­

знака, сформировавшегося в результате действия данного техногенного фактора, к ее исходному значению:

В тех случаях, когда понижение качества системы харак­ теризуется увеличением какого-либо показателя, то коэффи­ циент устойчивости рассчитывается как отношение исход­

В соответствии с этим коэффициентом может быть раз­ работана шкала устойчивости элемента к данному техно­ генному воздействию. Пример такой градации показан в табл. 3.2 [56].

Величина коэффициента устойчивости в большинстве случаев меньше единицы, что свидетельствует о снижении качества элементов породного массива под влиянием техно­ генных факторов. При полном разрушении системы Ку

приближается к нулю. Если же Ку становится больше еди­

ницы, это свидетельствуют о повышении качества породного массива, повышении его устойчивости к техногенному воз­ действию. Наглядно это проявляется, например, при проход­ ке вертикальных стволов в сложных горно-геологических условиях при применении замораживания или цементации как способов воздействия на породный массив.

Категории устойчивости компонентов среды к техногенному воздействию

Очень важным аспектом в управлении ГПТС является собственно процедура принятия управленческого решения. Принятие решений является действием, придающим всей деятельности по управлению ГПТС целенаправленность Именно выбор реализует подчиненность всей деятельности определенной цели или совокупности целей. Процедуре вы­ бора в системном анализе придается важное значение, и ос­ новные его положения могут использоваться и при принятии управляющих решений в ГПТС.

возможностей), в результате которого получается подмноже­ ство выбранных альтернатив. Сужение множества альтерна­ тив возможно, если возможен способ цх сравнения между собой и определения наиболее предпочтительных. Примени­ тельно к ПТГС принятие решения означает выбор такого управляющего воздействия, который наилучшим образом соответствует выбранным ранее критериям управления ПТГС (технологическим, экономическим, экологическим, со­ циальным др.).

Основная сложность при этом связана с множественно­ стью задач выбора, а также тем, что каждая ситуация выбо­ ра может реализовываться в качественно различных вариан­ тах:

•множество альтернатив может быть очень большим;

•выбор оптимального варианта может осуществляться по одному или нескольким критериям, которые в свою очередь могут иметь как качественный, так и количе­ ственный характер; механизм выбора может быть однократным или по­ вторяющимся;

последствия выбора могут быть точно известны (вы­ бор в условиях определенности), иметь вероятностный характер (выбор в условиях риска) или иметь неодно­

значный исход, не допускающий введения вероятно­ стей (выбор в условиях неопределенности).

Различные сочетания перечисленных вариантов приводят к многообразным задачам выбора, которые приходится ре­ шать при принятии управляющего решения в системе ГПТС.

Основой критериального языка описания выбора в сис­ темном анализе является предположение о том, что каждую отдельно взятую альтернативу можно оценить определенным числом и сравнение альтернатив сводится к сравнению со­ ответствующих им чисел.

Например, если х - некоторая альтернатива из множества X, то считается, что для всех х, принадлежащих X, может быть задана функция f(x), которая называется критерием и обладает тем свойством, что если альтернатива х* предпоч­ тительнее Xj (xj > х2)г то f (xj)>f(x2) и обратно.

При этом выбор сводится к отысканию альтернативы с наибольшим значением критериальной функции. Это наибо­ лее простой случай, когда задача выбора имеет однозначное (однокритериальное) решение. ___

Однако в подавляющем большинстве случаев в ГПТС приходится решать весьма сложную задачу выбора, прини­ мая управляющее решение по ряду критериев. Разработке классификации критериев оценки эффективности ПТГС по­ священ § 3.4.

§ 3.4. Классификация критериев оценки эффективности функционирования ПТГС в сложных горно-геологических условиях

Параметры ПТГС, при которых достигается наилучшее отношение между затратами и результатами, определенные с позиции обоснованных целей и с учетом обоснованных ог­ раничений, начальною состояния и предстоящих изменений во времени, называются оптимальными, а теоретические и экспериментальные процедуры их определения оптимиза­

цией. .......

Возможность оптимизации параметров ПТГС основывает­ ся на взаимозаменяемости средств достижения цели и мно­ говариантности их использования. Иными словами, одна и та же цель ПТГС может быть достигнута при различных струк­ турах, при применении для выполнения функций различных наборов ресурсов, а также изменения некоторых ограниче­ ний, накладываемых на управление системой.

Таким образом, эффективность системного управления ПТГС неразрывно связана с правильностью постановки про­ изводственной цели, правильностью обоснования ограниче­ ний и критериев оптимальности состояния системы, а также с качеством принимаемых решений.

Чем лучше решение, т.е. чем с меньшими затратами ре­ сурсов будет достигнута производственная цель, тем лучше состояние системы.

Как в теории выбора, так и при практическом решении задач о выборе лучших вариантов часто исходят из допуще­ ния, что само понятие "лучше" предполагает наличие неко­ торого критерия (или нескольких критериев), а задача выбо­ ра лучших вариантов сводится к экстремизационной проце­ дуре, т.е. нахождению вариантов, для которых значение кри­ терия экстремально.

Критерием оптимальности называется показатель, экс­

тремальное значение которого определяет оптимальное зна­ чение искомого параметра.

В то же время, критерии оптимальности - это некоторое правило, в соответствии с которым варианты создания и

190