Введение к работе
Актуальность работы. Мировая и отечественная практика свидетельствует о том, что подземные городские сооружения являются единственным реальным средством, позволяющим радикально решить градостроительные, транспортные и коммунальные проблемы урбанизированных территорий. Однако масштабное строительство городских подземных сооружений потребует значительных денежных средств, существенная доля которых расходуется на борьбу с водопритоками и водоотведение. Борьба с притоками грунтовых вод в строящиеся и эксплуатируемые сооружения в условиях плотной городской застройки представляет большие трудности и требует применения специфических мероприятий. Эффективной и широко применяемой мерой защиты подземных сооружений от водопритоков является устройство тампонажных завес. К настоящему времени созданы методики обоснования технологических параметров тампонажа горных пород, базирующиеся на детерминированных моделях, не учитывающих случайный характер фильтрующих массивов и тампонажных жидкостей. Существующий детерминированный подход не позволяет оценить надежность расчетов остаточных притоков воды и риски, сопровождающие выполнение тампонажных работ, следовательно, не позволяет оптимизировать технологические параметры тампонажа. Таким образом, проблема разработки и реализации вероятностных методов оптимизации технологических параметров тампонажных завес является весьма актуальной.
В соответствии с изложенным целью диссертации является разработка и реализация вероятностных методов оптимизации технологических параметров тампонажных завес городских подземных сооружений.
Объект исследований - тампонажные завесы городских подземных сооружений.
Предмет исследований - методы расчета технологических параметров тампонажных завес.
Основная идея диссертации заключается в оптимизации технологических параметров тампонажных завес с учетом нестабильности исходной информации на основе теории риска.
Основные задачи исследования включают:
1) установление закономерностей распределения случайных свойств фильтрующих массивов и тампонажных жидкостей с разработкой методик определения числовых характеристик распределений;
2) разработку методик вероятностных расчетов технологических параметров тампонажных завес;
3) определение значимых факторов риска, сопровождающих процессы создания тампонажных завес;
4) определение цены рисков по факторам риска;
5) формирование критериев для оптимизации технологических параметров тампонажных завес с учетом совокупности цены рисков.
Методы исследований. В диссертации использован комплекс, включающий обобщение результатов ранее выполненных исследований, вероятностно-статистические методы, математическое и имитационное моделирование.
Защищаемые научные положения:
1. Для расчетов сооружаемых тампонажных завес закономерности распределения случайных параметров фильтрующих массивов целесообразно описывать рядом Грамма-Шарлье и экспоненциальным законом, закономерности распределения случайных параметров тампонажных жидкостей - нормальным законом.
2. Обязательным условием обоснования рациональных технологических параметров тампонажных завес является количественная оценка значимых факторов риска: несоответствие истинного качества завесы запроектированному; непредусмотренные и неоправданные издержки ресурсов; разрушения или повреждения в зоне тампонажа обделок подземных объектов или их элементов; деформации вмещающего массива и окружающих сооружений; срывы планируемых сроков завершения тампонажных работ и невыполнение контрактных обязательств подрядчиком. Количественные уровни рисков по каждому из факторов следует устанавливать методом Монте-Карло.
3. Оптимальные технологические параметры тампонажных завес должны устанавливаться дифференцированно по стадиям строительства и эксплуатации подземного объекта и противофильтрационной завесы, исходя из совокупности затрат на завесу и цены риска по значимым факторам риска на основе критериев максимума чистого дисконтированного дохода или минимума дисконтированных затрат. В критерии выбора решений вводится дополнительная составляющая затрат на формирование тампонажных завес: расходы на гидродинамические испытания, обусловливающая исключение отдельных факторов риска или перевод их в категорию малозначимых.
Достоверность защищаемых научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается результатами сравнения данных вероятностного анализа с детерминированными расчетами, сходимостью аналитических результатов с данными практики, результатами внедрения.
Научная новизна результатов исследований состоит в создании вероятностных методов оптимизации технологических параметров тампонажных завес, включающих:
- имитационное моделирование технологических параметров тампонажных завес и количественную оценку факторов риска;
- статистическое оценивание параметров фильтрующих сред и тампонажных жидкостей;
- определение закономерностей распределения случайных характеристик фильтрующих массивов и тампонажных жидкостей;
- установление значимых факторов и цены факторов риска;
- разработку дифференцированных критериев выбора оптимальных параметров тампонажных завес.
Практическая значимость работы заключается в формировании моделей, алгоритмов и программ вероятностных расчетов параметров тампонажных завес.
Реализация результатов работы. Результаты диссертации использованы ООО «Триада-Холдинг». Методика опытных работ по закреплению и уплотнению грунтов способом инъекции на строящейся станции «Торговый центр» Челябинского метрополитена передана ООО «Институт Челябинскдортранспроект». Результаты работы могут быть переданы в ОАО «Уралгипротранс», «УЗПС МЕТРО» (Екатеринбургское муниципальное унитарное предприятие «Управление заказчика по строительству подземных сооружений и метрополитена»), ОАО «Метрострой – ПТС» (г. Екатеринбург), ЗАО «Челябинскметротрансстрой».
Личный вклад автора диссертации заключается в сборе и обобщении материалов, постановке задач исследований, выполнении исследований, формулировании научных положений, выводов и рекомендаций диссертации.
Апробация. Содержание и основные результаты исследований обсуждались на семинарах Уральского отделения Тоннельной ассоциации России (2004, 2006 гг., г. Екатеринбург), семинаре «Гидроизоляция подземных сооружений» (январь 2005 г., г. Москва), Международной конференции «Проектирование, строительство и эксплуатация комплексов подземных сооружений» (2004 г., г. Екатеринбург), Международной конференции «Геомеханика. Механика подземных сооружений» (сентябрь 2006 г., г. Тула), семинаре кафедры шахтного строительства УГГУ (апрель, 2007 г.).
Публикации. Содержание диссертации опубликовано в шести печатных работах.
Структура и объем работы. Работа включает введение, четыре главы, выводы и рекомендации, библиографический указатель из 139 наименований. Объем работы составляет 230 страниц машинописного текста, в том числе 84 таблицы и 60 рисунков.
