Для измерения фактических напряжений в породе, окружающей выработку, разработаны и применяются многие методы. Наибольшее распространение получил метод разгрузки (частичной или полной), основанный на измерении деформаций в породе. Поскольку для вычисления напряжений по деформациям тензометрических или фотоупругих датчиков требуется знать модуль упругости и коэффициент поперечной деформации породы, то эти величины определяют в лабораториях на образцах или в натуре с помощью прессиометров, дилатометров, гидравлических камер, штампов, микросейсмическим ультразвуковым и другими методами. Применяют также метод изучения напряжений в массиве деформометрами, установленными в скважинах. С помощью этих исследований в характерных точках подземного сооружения получают тензор напряжений, действующих в породе.

Менее изучены методы определения давлений от веса скальных пород на подземные конструкции в выработках большого сечения. Эти методы могут быть различными. Одним из практикуемых за рубежом является компенсационный метод, основанный на создание щели по контакту между породой и бетонной или набрызгбетонной крепью и установкой в этой щели плоских домкратов, датчиков или мессдоз различного типа, фиксирующих давление, при котором напряжения, существовавшие на контакте до образования щели, восстановятся до своего первоначального состояния.

Характерная диаграмма, построенная в 1970 г. и иллюстрирующая радиальные контактные давления по контуру транспортного туннеля пролетом И м в нарушенных скальных породах в Пиренеях, из которого виден рост контактных давлений со временем и неравномерность этих давлений. Подобное положение имеет место и во многих других крупных выработках.

В Советском Союзе для скальных пород практикуется способ измерения контактных давлений с применением различного типа динамометров или струнных мессдоз, в частности конструкции ЦНИИС Минтрансстроя. Эти мессдозы устанавливают в специальные блоки или тюбинги, из которых собирается сборная крепь пли затяжка между металлической арочной крепью. Применяют также гидравлические битумные динамометры, разработанные Институтом горного дела им. А. А. Скочинского, ВНИМИ и др. Опыт исполь-зования динамометров горного давления струнного типа, вмонтированных в динамометрические блоки, применительно к определению давления скальных пород в туннелях большого сечения описан в работе. Блоки представляли собой полые металлические конструкции из несущей рамы и защитных листов. Полости между листами заполнены обезвоженным битумом. Блоки устанавливали взамен затяжки между металлическими арками временной крепи в пределах центрального угла, равного 65°. Нагрузка от давления скальных пород равномерно распределялась в пределах динамометрического блока и фиксировалась динамометрами (мессдозами).

Давление на металлическую арочную крепь можно определить и магнитоупругим методом без помощи мессдоз, в частности, портативным прибором, разработанным в ЦНИИС Минтрансстроя. Работа прибора основана на возникновении разности условий распространения поляризованных электромагнитных колебаний в металлоконструкциях по двум взаимно перпендикулярным направлениям при действии механических нагрузок и возникновении напряжений. Величину напряжений определяют по показаниям микроамперметра измерительного блока и пересчитывают по тарпровочным кривым для металла, из которого изготовлены арки крепи. Замеры проводи в опорных частях арок (места нулевых моментов). Полученные усилия уменьшают на величину напряжений, возникающих в стойках от веса арок, затяжки и забутовки за крепью. С помощью этого прибора институт Оргэнергострой провел эксперименты по определению давления на крепь туннелей пролетом 9 м, залегающих в известняках VII—IX категорий по СНиП.

При анкерной крепи давление от веса горных пород замеряют специальными приборами ПА-3, устанавливаемыми со стороны выработки между гайкой анкера и породой, или же определяют по деформациям анкеров с помощью тензодатчиков.

Такое сочетание экспериментов позволяет правильно оценить характер действия горного давления и запроектировать рациональную схему крепления подземного сооружения. Выработка пройдена в сланцеватых скальных породах с зонами нарушения и закреплена анкерами.

Облако