книги / Строительная геотехнология
..pdfВЫСШЕЕ ГОРНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Б.А. КАРТОЗИЯ А.В. КОРЧАК С.А. МЕЛЬНИКОВА
СТРОИТЕЛЬНАЯ
ГЕОТЕХНОЛОГИЯ
Рекомендовано Учебно-методическим объе динением вузов Российской Федерации по об разованию в области горного дела в качестве учебного пособия для студентов, обучающих ся по основным образовательным програм мам подготовки магистров по направлению
«Горное дело»
МОСКВА
ИЗДАТЕЛЬСТВО МОСКОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА
2 0 0 3
московский
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ГОРНЫ Й УНИВЕРСИТЕТ
ИЗДАТЕЛЬСТВО
М О С К О В С К О Г О ГОСУДАРСТВЕННОГО
ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА
П р е д с е д а т е л ь |
|
Л .А . П У Ч К О В |
ректор Д1ГГУ, |
|
чл.-корр. РАН |
Зам . председателя |
|
Л .Х . ГИТИС |
директор |
|
Издательства М Г Г У |
Члены редсовета |
|
И.В. ДЕМ ЕНТЬЕВ |
академик РАЕН |
A . П. ДМИТРИЕВ |
академик РАЕН |
Б.А. КАРТОЗИЯ |
академик РАЕН |
В.В. КУРЕХИН |
академик РАЕН |
М.В. КУРЛЕНЯ |
академик РАН |
В.И. ОСИПОВ |
академик РАН |
Э.М. СОКОЛОВ |
академик M AH BUI |
К.Н. ТРУБЕЦКОЙ |
академик РАН |
В.В. ХРОНИН |
профессор |
B. А. ЧАНТУРИЯ |
академик РАН |
Е.И. Ш ЕМЯКИН |
академик РАН |
У Д К 622.2.022 ББК 33.1
К11
Рецензенты:
• кафедра «Строительство горных предприятий и подземных со оружений» Санкт-Петербургского государственного горного ин ститута (зав. кафедрой проф., д-р техн. наук А Т Протосеня)\
• действительный член Академии горных наук проф., д-р техн. наук Е.В. Петренко
Картозия Б.А., Корчак А.В., Мельникова С.А.
К11 Строительная геотехнология: Учеб, пособие для вузов.
—М.: Издательство Московского государственного горно го университета, 2003. — 230 с.: ил.
ISBN 5-7418-0229-Х (впер.)
Рассмотрены вопросы, связанные с методологией проектирова ния подземных объектов. Описаны методы и средства машинного мо делирования, используемые в проектировании. Сформулированы на учные основы строительной геотехнологии и обоснована ее структура. Разработаны классификации сложных горно-геологических усло-вий, методов подготовки и способов воздействия на массив горных пород. Даны критерии оценки эффективности функционирования сложных природно-технических геосистем. Приведена классификация подзем ных сооружений для повторного использования. Изложены ме тодические основы проектирования строительства с учетом использо вания их в новом функциональном качестве на основе гибких управ ляемых ресурсосберегающих технологий.
Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по ос новным образовательным программам подготовки магистров по на правлению «Горное дело».
|
|
УДК 622.2.002 |
|
|
ББК 33.1 |
ISBN 5-7418-0229-Х |
© |
Б.А. Картоэи*. А.В. Корчак, |
|
|
С.А. Мельникова, 2003 |
|
© |
Издательство МГГУ, 2003 |
ВВЕДЕНИЕ
Данное учебное пособие предназначено для специалистов нового уровня — магистров гор ного дела.
Магистратура ориентирована на подготовку научных и научно-педагогических кадров. Обуче ние осуществляется в рамках выбранного студен том направления и отличается от инженерного уг лубленным изучением фундаментальных, общена учных и специальных дисциплин.
В учебном плане магистерской подготовки важное место занимают дисциплины, формирую щие знания по методологии горных наук. Одной из таких дисциплин для магистров, обучающихся по основным образовательным программам спе циальностей 050805 «Строительство шахт и под земных сооружений» и 050611 «Сооружение под земного пространства городов», является «Строи тельная геотехнология».
Строительная геотехнология, как составная часть комплекса горных наук, обеспечивает знаниями область деятельности человека, свя занную с решением научно-технической про блемы освоения подземного пространства.
Вструктурном отношении программа дис циплины и данное учебное пособие состоят из двух больших разделов.
Впервом из них рассмотрены общие методо логические вопросы строительной геотехнологии как науки: определение, предмет и объекты изуче ния, цели и задачи исследований.
5
Во втором сформулированы четыре основ ных научных направления строительной геотех нологии, приведены примеры зависимостей и взаимосвязей, совокупность которых составляет научное содержание изучаемой дисциплины, особое внимание уделено раскрытию необходи мости решения различных инженерных задач.
Важное место в подготовке магистров занима ет самостоятельная работа с научно-технической литературой, поэтому в разделе «Рекомендуемая литература» приведен список источников, изуче ние которых, по мнению авторов, является обяза тельным, так как формирует у будущих исследо вателей научное мировоззрение.
IF
ГЛАВА 1
НАУЧНОЕ
ОБОСНОВАНИЕ
ОСВОЕНИЯ
ПОДЗЕМНОГО
ПРОСТРАНСТВА
1 .1 . М ЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ СТРОИТЕЛЬНОЙ ГЕОТЕХНОЛОГИИ
В развитии экономики России важнейшую роль играет освоение природных ресурсов и, в частности, недр земли. В широком смысле понятие «недра» включает: земную кору, мантию земли и ее ядро, от поверхности до центра земного шара. В более узком понимании — это часть земной коры, практически осваиваемая человеком. Необходимые потреб ности человеческого общества и уровень его научнотехнических возможностей определяют глубину проникно вения в недра и масштабы их освоения.
Следовательно, освоение недр земли — это область чело веческой деятельности, связанная с изучением и пракпшческим использованием земной коры в интересах создания тре буемого уровня жизнеобеспечения общества.
Под практическим использованием земной коры в дан ном случае следует понимать освоение всех видов заключен ных в ней ресурсов. Ресурсы недр (от французского ressource
— ценности, запасы, возможности) или георесурсы, пред ставляют собой компоненты природы, которые па данном уровне развития производительных сил используются или мо гут быть использованы в качестве средств производства и предметов потребления. К георесурсам относят: месторож дения твердых, жидких и газообразных полезных ископае мых; отвалы уже добытых забалансовых полезных ископае мых и горных пород от проходки вскрывающих выработок, в которых содержатся полезные ископаемые; отходы пере работки обогатительного и металлургического производств; подземные гидроресурсы, включающие пресные, минераль ные и термальные воды; внутреннее тепло недр земли.
Особое место в классификации георесурсов занимают природные и техногенные полости в недрах земли. К ним относятся пещеры, горные выработки, пригодные для по вторного использования после исчерпания своих основных
9
функций, а также специально создаваемые для различных целей народного хозяйства подземные сооружения. С этих позиций отдельные участки земной коры, пригодные для размещения в них промышленных, хозяйственных и других объектов, с полным основанием могут рассматриваться как георесурсы.
Область научной и производственной деятельности, свя занную с использованием имеющихся в земной коре естест венных полостей и строительством специальных подземных сооружений для размещения в них различных объектов жиз необеспечения человеческого общества, в горно-технической литературе называют освоением подземного пространства.
По своему содержанию это понятие уже, чем освоение недр, так как охватывает только один вид их ресурсов.
Растущий в мире интерес к освоению подземного про странства в значительной мере обусловлен положитель ными качествами подземных сооружений. Использование подземного пространства для размещения объектов раз личного назначения, помимо повышения эффективности использования недр, экономии территории и сохранения экологической чистоты, позволяет уменьшить затраты энергии на отопление и охлаждение помещений, сокра тить эксплуатационные расходы по сравнению с расхода ми на эксплуатацию альтернативных сооружений на по верхности, снизить влияние климатических условий.
Расширение практики использования подземного про странства для различных хозяйственных целей в значитель ной мере связано с процессом урбанизации, защитой окру жающей среды от отрицательных воздействий транспортных систем и потенциально опасных производств.
Особого внимания заслуживают подземные объекты для целей водоснабжения, хранения нефти, нефтепродуктов и различных видов горючего газа.
В современных условиях перспективным является строи тельство подземных атомных электрических станций как од ного из направлений развития энергетики и обеспечения безопасности ядерной энергии.
10
В связи с тем, что в мире с каждым годом накапливается все больше вредных отходов различных производств, остро встал вопрос их захоронения в подземном пространстве.
Таким образом, шахтное и подземное строительство —
это область горной науки и производства, которая включает совокупность способов, методов и средств деятельности по проектированию, строительству и реконструкции горно добывающих предприятий и подземных сооружений различно го назначения с целью рационального освоения и использования георесурсов.
Здесь уместно сделать одно принципиальное замечание: одновременное использование в горно-технической литера туре двух терминов «шахтное строительство» и «подземное строительство» свидетельствует о стремлении подчеркнуть их отраслевую принадлежность. Первый обобщенно харак теризует инженерную деятельность при строительстве гор но-добывающих предприятий, а второй, напротив, подзем ное строительство, не связанное с извлечением полезных ис копаемых. На самом деле, и то и другое — составные части единой сферы деятельности человека, именуемой «горное дело», так как любое проникновение в недра земли — это
горные работы по разведке, подземному строительству или добыче полезных ископаемых.
Вся полезная деятельность человека может быть отнесе на к двум глобальным сферам. Первая является источником духовных ценностей, создаваемых посредством науки, искус ства, религии, а вторая — материальных ценностей, необхо димых для жизнеобеспечения человеческого общества.
Главная цель науки состоит в генерации новых зна ний, которые, в свою очередь, должны быть положены в основу технических решений, обеспечивающих прогресс в материальной сфере производства. Но поскольку ученыйисследователь, изучающий объективные закономерности процессов и явлений в окружающей среде, в своем науч ном поиске не должен быть зависим от узковедомствен ных интересов производства, результаты его исследова ний не всегда напрямую могут быть использованы для принятия таких решений.
11