Наиболее целесообразным решением при проведении модельных исследований является переход на комплексность таких исследований, т. е. они должны вестись различными методами, дополняющими друг друга и обеспечивающими всестороннее решение проблемы. Естественно, что модельные исследования не исключают необходимость натурных замеров в процессе строительства подземного сооружения.

Институты Оргэнергострой (Москва) и Эрцпроект (Лейпциг) при участии Фрейбергской горной Академии (ГДР) в 1970—1971 гг. провели комплексные модельные исследования устойчивости крупной подземной камеры машинного зала гидроэлектростанции с выбором схемы и параметров ее крепления. Результаты этих исследований, описанные в настоящем параграфе, позволили разработать рекомендации по уточнению проектных конструкций и способов производства подземных работ.

Объект и состав исследований. Исследуемая область горного массива содержит часть камеры (подземного машинного зала) длиной 60 м, высотой 42 м и пролетом 24 м, примыкающие к ней подводящие и отводящие туннели с монтажными камерами, а также вертикальную шахту с тремя кабельными туннелями.

Горный массив в исследуемой области сложен скальными породами. Образцы породы характеризуются средними значениями статического модуля упругости 3-105—4 -105 кгс/см2, предела прочности при сжатии 800—1200 кгс/см2 и сцепления 10—25 кгс/см2. В массиве выделены три наиболее существенные системы слоев и трещин: напластование 5, крупные трещины К1 (система трещин К2 не моделировалась) и тектонические нарушения. Трещины заполнены различными материалами, наиболее слабый из которых характеризуется значениями угла внутреннего трения 25° и сцепления 0,1—0,3 кгс/см2. Массив в целом с учетом трещиноватости имеет средний по различным классам породы модуль упругости от 1-105 до 3-105 кгс/см2, модуль общей деформации под нагрузкой от веса вышележащих пород — от 0,3 -105 до 1,4-105 кгс/см2 и коэффициент Пуассона 0,15—0,30.

Прогнозируемый расчетный приток грунтовых вод в зоне камеры составлял 20—25 л/с.

Разработку камеры производили по следующей схеме: вначале раскрывали подсводовую часть высотой около 8 м на полный пролет с закреплением свода анкерами и набрызгбетоном, затем возводили железобетонный свод, под защитой которого разрабатывали основное ядро камеры уступами высотой по 4 м с креплением стен анкерами. К моменту разработки ядра будут пройдены все примыкающие к камере выработки.

Ввиду ответственности и сложности проблемы выбора схемы крепления и обеспечения устойчивости камеры проведены исследования с использованием различных методов моделирования — статических и динамических как в упругой стадии, так и за ее пределами вплоть до разрушения моделей, а также аналитические расчеты.

Исследования выполняли в такой последовательности:

определяли на плоских моделях методом фотоупругости напряженное состояние горного массива вокруг незакрепленной камеры в предположении изотропного упругого горного массива для общей оценки устойчивости выработки;

проводили расчеты по определению моделируемой схемы крепления породных стен и свода камеры, а также размеров железобетонного свода;

проводили статические испытания объемных моделей из эквивалентных материалов с учетом структурных характеристик горного массива для изучения деформаций породы и несущей способности камеры как незакрепленной (в масштабе 1 : 200), так и закрепленной (в масштабе 1 : 100) при принятой технологии разработки камеры и при наличии примыкающих к ней выработок;

проводили динамические исследования на объемных моделях из эквивалентных материалов для определения глубины возникающей от взрывных работ нарушенной зоны в стенах камеры вокруг примыкающих к ней туннелей и в местах их сопряжений, а также для изучения влияния сейсмического действия взрыва на усилие натяжения в предварительно-напряженных анкерах;

анализировали и обобщали результаты исследований с разработкой рекомендуемой схемы крепления камеры и параметров крепей.

Облако