Оценка устойчивости подземного сооружения в процессе его строительства, производится по деформациям и перемещениям горного массива и крепей. По результатам наблюдений за приборами обычно строят графики деформаций, позволяющие оценить характер нарастания подвижек или их стабилизацию. В том случае если графики показывают длительный резкий рост деформаций без выполаживания кривой, необходимо принимать меры по изменению способов разработки выработки и усилению крепи. Следует отметить, что длительные измерения, приводимые ниже, были выполнены в выработках, закрепленных анкерами и набрызгбетоном.

Такие натурные исследования за рубежом проводят сейчас практически во всех строящихся крупных подземных объектах. В Советском Союзе подобные эксперименты выполняют только в шахтных выработках, а в подземных сооружениях большого сечения, залегающих в скальных породах, они не стали еще системой, ведут их пока в единичных случаях.

В настоящее время применяют несколько типов устанавливаемых в скважинах измерительных приборов для исследований деформаций горного массива.

Простая конструкция глубинного репера, позволяющего оценить деформацию породы в пределах нарушенной зоны, разработана шахтным научно-исследовательским и проектно-конструкторским угольным институтом и применена в условиях шахт комбината Ростовуголь. Репер представляет собой вставленную в шпур конструкцию, состоящую из втулок, металлических и прорезиненных шайб, которые служат для раскрепления репера в шпуре. Каждый глубинный репер имеет самостоятельный вывод к устью шпура из гибкого провода диаметром 0,6—0,8 мм. В шпуре, пробуренном на глубину 2—3 м, может быть установлено от 3 до 10 глубинных реперов, конструкция их позволяет пропуск провода от выше- расположенных реперов. Измеренпе величины смещения глубинны реперов производят рулеткой от гибкой горизонтальной нити, на тянутой между стенками выработки, или от контурных реперов закладываемых в почве выработки на одной вертикальной линии Примерно аналогичные репера конструкции ДонУГИ, МГИ, Дне пропетровского горного института применяют для замеров смещения пород за пределами контура выработки на глубину до 10 м. Замеры с использованием глубинных реперов несложны, однако в выработках большого сечения они имеют невысокую точность из-за неудобства организации инструментальных наблюдений.

В районе камеры до начала ее строительства были пробурены 32 скважины общей длиной 4 км и на каждые 10 м глубины проведены измерения скорости распространения сейсмических волн, а затем в скважинах был осуществлен детальный звуковой каротаж. Исследования позволили обнаружить нарушенную зону и сдвинуть ось камеры на 90мот этой зоны в глубь массива. Для определения модуля деформации были построены две гидравлические напорные камеры и три камеры для измерения деформации породы домкратами. Испытания показали, что порода обладает ярко выраженной анизотропией, так как величина модуля деформации составляет на разных участках и направлениях от 70000 до 270 000 кгс/см2. Напряженное состояние породы определилось методом разгрузки, напряжения составили от 60 до 200 кгс/см2, что значительно превышает гидростатическую нагрузку, равную при глубине залегания камеры 160 м всего 40 кгс/см2. По-видимому, различие в величинах бытовых напряжений вызваны действием тектонических сил.

В ходе строительства были установлены 10 экстензометров (деформометров) в скважинах с головками, расположенными на расстоянии от устья 1,5; 4,8; 12; 16; 25; 37 и 50 м.

Цифры, приведенные вдоль каждой скважины, указывают на величину смещения головки по отношению к самой глубокой, принимаемой за неподвижную. В то время как в конце 1969 г. осадка в замке свода достигла почти своего максимума — 10,0 мм (экстензометр 1), смещение у пят было менее заметным — с одной стороны 9,2 мм (экстензометр 5), а с другой 0,2 мм (экстензометр 2). Экстензометр 9 на стенке камеры зафиксировал первые смещения породы, когда проходка велась на 6 м выше уровня прибора. По мере проходки смещение увеличилось и, когда горизонт разработки опустился на 5 м ниже уровня прибора, достигло 26,1 мм. Столь высока деформация объясняется отслоением породы в торце камеры.

На основании результатов инженерно-геологических изысканий был выполнен расчет напряженного состояния массива вокруг выработки методом конечных элементов. Кроме того, выполнены исследования на ряде моделей из оптически активных материалов из однородных и составных пластин.

Наряду с этим было установлено, что несмотря на цикл исследований, проведенных в опытной камерной выработке, распространить результаты на основное сооружение не представляется возможным. Это связано как с сопоставительными размерами, так и с тем обстоятельством, что инженерно-геологические условия не одинаковы по длине основной камеры. Кроме того, пришли к выводу, что точный расчет устойчивости крупной выработки в неоднородных относительно слабых породах в настоящее время невозможен из-за недостаточной достоверности исходных данных.

Все это послужило основанием для проведения натурных исследований устойчивости сооружения подземного машинного зала в процессе его строительства.?

В сооружаемой камере машинного зала установлено 46 экстепзометров длиной 35—40 м с применением измерительных головок, состоящих из индуктивных датчиков. Измерения деформаций проводились на глубине 1, 5, 10, 25 и 40 м от внутренней поверхности камеры. Было определено, что влияние выработки распространяется в обе стороны примерно на величину ее пролета, а затем существенно ослабевает.

Деформации стен и свода контролировались приборами, установленными в упорных головках предварительно-напряженных анкеров (таких анкеров было 90), расположенных в четырех створах по длине камеры. Контроль за работой приборов намечено вести в течение 5 лет, основная задача его — своевременное принятие мер к усилению крепи, в частности к сокращению шага анкеров.

Приведенные примеры измерения деформаций контура выработки показывают на чрезвычайную важность подобных работ, особенно для выработок большого поперечного сечения. Эти замеры позволяют оперативно принять правильное решение по укреплению выработки, усилению ее устойчивости и откорректировать принятые в проекте способы раскрытия поперечного сечения и способы производства подземных работ.

В институте Оргэнергострой в течение ряда лет ведутся работы в натуре по изучению деформаций породы и крепей, особенно анкерной и набрызгбетонной, в выработках большого сечения.

Облако