Проблема достоверности оценки сдвижений и деформаций горных пород при использовании численного моделирования в маркшейдерском обеспечении охраны зданий от вредного влияния проходки выработок метрополитена

Работа посвящена изучению процессов сдвижения и деформаций на земной поверхности при поэтапной проходке выработок метрополитена на примере станции метро «Театральная» в Санкт-Петербурге с использованием методов математического моделирования и выделению основных проблем обеспечения достоверности такого способа. Рассмотрены особенности строительства, физико-механические свойства пород, в которых производятся горнопроходческие работы. Произведен анализ натурных данных маркшейдерских наблюдений на земной поверхности, в частности за историческим зданием Мариинского театра. При изучении процессов сдвижений использовался метод конечных элементов в программном комплексе Plaxis 3D с использованием данных натурных маркшейдерских наблюдений на земной поверхности. Показана удовлетворительная сходимость данных натурных маркшейдерских наблюдений на земной поверхности и результатов моделирования геомеханических процессов. По результатам исследований были выделены четыре основных этапа стабилизации вертикальных сдвижений на земной поверхности, рассчитаны значения наклонов и кривизны на каждом этапе строительства. Калибровка моделей осуществлялась таким образом, чтобы результаты математического моделирования и натурных данных имели высокую сходимость на всех этапах строительства станционных выработок.

Мукминова Д. З., Волохов Е. М., Лебедев М. О. Проблема достоверности оценки сдвижений и деформаций горных пород при использовании численного моделирования в маркшейдерском обеспечении охраны зданий от вредного влияния проходки выработок метрополитена // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2024. — № 11−1. — С. 39—56. DOI: 10.25018/0236_1493_2024_111_0_39.

Мукминова Диана Зинуровна¹ — канд. техн. наук, заведующий лабораторией маркшейдерского обеспечения горных работ, e-mail: mukminova_dz@pers.spmi.ru, ORCID: 0000−0002−5595−9150;
Волохов Евгений Михайлович¹ — канд. техн. наук, доцент, доцент кафедры маркшейдерского дела, e-mail: volohov@spmi.ru, ORCID: 0000−0003−4430−4172;
Лебедев Михаил Олегович² — канд. техн. наук, доцент, e-mail: MLebedev@lmgt.ru, заместитель генерального директора по научно-исследовательской работе, ORCID: 0000−0002−7749−442X;
¹ Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II;
² ОАО «НИПИИ «Ленметрогипротранс».

Мукминова Д. З., e-mail: mukminova_dz@pers.spmi.ru.

1. Алхимова Н. В., Мазеин С. В. Петербургский метрополитен: в ожидании бурного развития // Метро и тоннели. — 2023. — № 1. — С. 18–23.

2. Молоткова Е. Г. Опыт урегулирования застройки на Адмиралтейском острове. 1805–1840-е годы. Academia // Архитектура и строительство. — 2022. — № 1. — С. 94–103. DOI: 10.22337/2077−9038−2022−1-94−103.

3. Шокер Х. М., Мустафин М. Г. Геодезическое обеспечение использования технологии лазерного сканирования для фиксации памятников культурного наследия // Геодезия и картография. — 2021. — № 2. — С. 2–10. DOI: 10.22389/0016−7126−2021−968−22−10.

4. Pascariello M. N., Luciano A., Bilotta E., Acikgoz S., Mair R. Numerical modelling of the response of two heritage masonry buildings to nearby tunneling // Tunnelling and Underground Space Technology. 2023, vol. 131 (2). DOI: 10.1016/j.tust.2022.104845.

5. Дарбинян Т. П., Мушкетенов Т. С., Цымбалов А. А., Плешко М. С. Оценка напряженно-деформированного состояния породного массива и крепи сверхглубоких выработок рудника «Скалистый» с учетом технологического фактора // Горный журнал. — 2023. — № 1. — С. 113–118. DOI: 10.17580/gzh.2023.01.19.

6. Guo X., Wang Z., Geng P., Chen C., Zhang J. Ground surface settlement response to subway station construction activities using pile–beam–arch method // Tunnelling and Underground Space Technology. 2021, vol. 108. DOI: 10.1016/j.tust.2020.103729.

7. Namazi E., Mohamad H., Hajihassani M. 3D Behaviour of Buildings due to Tunnel Induced Ground Movement // Transportation Geotechnics. 2021, vol. 31. DOI: 10.1016/j. trgeo.2021.100661.

8. Деменков П. А., Романова Е. Л. Анализ подходов к расчету крепи вертикальных стволов в зонах тектонических нарушений // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. — 2022. — № 4. — С. 223–236.

9. Волохов Е. М., Мукминова Д. З. Оценка деформаций при строительстве эскалаторных тоннелей метрополитена способом искусственного замораживания грунтов для стадии формирования ледопородного ограждения // Записки Горного института. — 2021. — Т. 252. — С. 826–839. DOI: 10.31897/PMI.2021.6.5.

10. Ильинов М. Д., Коршунов В. А., Поспехов Г. Б., Шоков А. Н. Комплексные экспериментальные исследования механических свойств горных пород: проблемы и пути их решения // Горный журнал. — 2023. — № 11. — С. 49–69. DOI: 10.25018/0236_14 93_2023_11_0_49.

11. Васенин В. А. Статистическая оценка параметров нарушения природной структуры лабораторных образцов глинистых отложений при инженерно-геологических изысканиях на территории Санкт-Петербурга и окрестностей // Инженерная геология. — 2018. — № 6. — C. 48–65. DOI: 10.25296/1993−5056−2018−13−6-48−65.

12. Протосеня А. Г., Иовлев Г. А. Прогноз напряженно-деформируемого состояния в окрестности подземного сооружения в нелинейно-деформируемых грунтовых массивах // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. — 2020. — № 2. — С. 215–228.

13. Zhang Z., Chen Y., Han K., Wei G., Pan Y., Sun M. Mathematical modelling for interaction between soft ground and small curvature shield tunneling considering viscoelastic characteristics influences // Applied Mathematical Modelling. 2024, vol. 127, pp. 607–639. DOI: 10.1016/j.apm.2023.12.020.

14. Belikov A. A., Beliakov N. A. Method of numerical modeling of rheological processes on the contour of single mine working // Mining informational and analytical bulletin. 2024, no. 1, pp. 94–108. DOI: 10.25018/0236_1493_2024_1_0_94.

15. Барях А. А., Девятков С. Ю., Денкевич Э. Т. Математическое моделирование развития процесса сдвижения при отработке калийных руд длинными очистными забоями // Записки Горного института. — 2023. — Т. 259. — С. 13–20. DOI: 10.31897/PMI.2023.11.

16. Rezaei A. H., Ahmadi-adli M. The Volume Loss: Real Estimation and Its Effect on Surface Settlements Due to Excavation of Tabriz Metro Tunnel // Geotechnical and Geological Engineering. 2020, vol. 38, pp. 2663–2684. DOI: 10.1007/s10706−019−01177−5.

17. Yang H., Xu X. Structure monitoring and deformation analysis of tunnel structure // Composite Structures. 2021, no. 276. DOI: 10.1016/j.compstruct.2021.114565.

18. Lebedev M. O., Karasev M. A., Belyakov N. A., Basova L. A. Face Stability in Heavy Clay: Theory and Practice // Journal of Mining Science. 2022, vol. 58, pp. 234–245. DOI: 10.1134/S1062739122020077.

19. Вальков В. А., Виноградов К. П., Валькова Е. О., Мустафин М. Г. Создание растров высокой информативности по данным лазерного сканирования и аэрофотосъемки // Геодезия и картография. — 2022. — № 11. — С. 40–49. DOI: 10.22389/0016−7126−989−11−40−49.

20. Выстрчил М. Г., Гусев В. Н., Сухов А. К. Методика определения погрешностей сегментированных GRID моделей открытых горных выработок, построенных по результатам аэрофотосъемки с беспилотного воздушного судна // Записки Горного института. — 2023. — T. 262. — C. 562–570.

21. Афонин Д. А., Кавказский В. Н., Никитчин А. А. Оперативный геодезический контроль деформаций призабойной зоны при инновационных технологиях проходки туннелей // Известия Петербургского университета путей сообщения. — 2022. — T. 19(3). — C. 432–443. DOI: 10.20295/1815−588X-2022−3-432−443.

22. Ilyukhin D. A., Ivanik S. A., Vystrchil M. G., Kachan D., Savchenko A. Technologies for obtaining and processing of space radar images for monitoring the state of the Earth’s surface // Journal of Physics: Conference. 2020, vol. 1661(1), 012042.

23. Васенин В. А. Статистическая оценка параметров нарушения природной структуры лабораторных образцов глинистых отложений при инженерно-геологических изысканиях на территории Санкт-Петербурга и окрестностей // Инженерная геология. — 2018. — Т. 13. — № 6. — С. 48–65. DOI: 10.25296/1993−5056−2018−13−6-48−65.

24. Khandouzi G., Khosravi M. H. An analytical investigation of soil arching induced by tunneling in sandy ground // Tunnelling and Underground Space Technology. 2023, vol. 140, 105242. DOI: 10.1016/j.tust.2023.105242.