Dział X

1. Rozpoznanie skał i masywów skalnych przy projektowaniu budowli podziemnych

(Geomechanika w budownictwo podziemnym, Cała, Tajduś i Tajduś, strony 62-86)

Masyw skalny, w którym jest wykonane wyrobisko, należy traktować jako materiał konstrukcyjny, który stanowi zasadniczą część tego wyrobiska. Celem rozpoznania warunków geoinżynierskich jest uzyskanie wystarczających danych o masywie, pozwalających na zaplanowanie, zaprojektowanie i wykonanie budowli podziemnej.

Ze względu na głębokość budowle podziemne dzielimy na:

-płytkie- od kilku do kilkudziesięciu metrów pod poziomem terenu; wykonywane zazwyczaj w gruntach;

-głębokie- od kilkudziesięciu do kilkuset metrów pod poziomem terenu; wykonywane zazwyczaj w skałach

Dla masywów skalnych należy określić:

-budowę geologiczną (morfologia, litologia, stratygrafia i petrografia skał, stopień i forma występowanie zaburzeń tektonicznych);

-właściwości skał budujących masyw (ciężar właściwy, ciężar objętościowy, wytrzymałość na ściskanie i rozciąganie, kohezja, kąt tarcia wewnętrznego, moduł odkształcenia, moduł Younga, liczba Poissona, porowatość, wodoprzepuszczalność, mrozoodporność, odporność na odspajanie, szczelinowatość i stopień zwietrzenia skały, podatność na zwietrzenie po odkryciu itp.);

-charakterystykę wód gruntowych i podziemnych, warunki ich zasilania i krążenia, możliwość napotkania potoków podziemnych i stref kurzawkowych, skład chemiczny i temperaturę wód podziemnych, oddziaływanie wody na skałę (rozmywalność, pęcznienie);

-prawdopodobieństwo występowania gazów w nasypie skalnym (ich rodzaj, ciśnienie, strefy kontaktowe);

-charakterystykę termiczną masywu skalnego

Zasady postępowania przy planowaniu, projektowaniu i wykonywaniu budowli:

Faza 1- Wstępne rozpoznanie masywu skalnego

Faza 2- Szczegółowe rozpoznanie masywu skalnego do celów projektowych

Faza 3- Ocena wyników rozpoznania

Faza 4- Projekt i wykonanie budowli podziemnej

Faza 5- Zebranie pełnej dokumentacji związanej z rozpoznaniem, projektowaniem i wykonaniem danej budowli

Faza 1- Wstępne rozpoznanie masywu skalnego:

1)Zebranie dostępnych danych

a) Rodzaj budowli podziemnej, przeznaczenie, założenia projektowe

-parametry geometryczne wyrobiska (kształt, wymiary, upad, głębokość posadowienia)

-Wymagania konstrukcyjne, budowlane, eksploatacyjne

b) Zachowane dane geoinżynierskie

-historyczne dokumenty, rozmowy z ludźmi

-zachowane dane: geologiczne (mapy, profile), geodezyjne (pomiary, zdjęcia fotograficzne, mapy sytuacyjno- wysokościowe), górnicze (dawne roboty górnicze, odkrywki, zagrożenia naturalne, osuwiska), geofizyczne (sejsmiczne, georadarowe)

c) Zebranie doświadczeń z budowli podziemnych wykonywanych w podobnych warunkach geoinż.

2)Badania wstępne

a) Zakres

-budowa geologiczna (morfologia, litologia, tektonika, nieciągłości)

-warunki wodne: badania w otworach wiertniczych

-właściwości fizykomechaniczne

*badania laboratoryjne- ciężar właściwy, moduł Younga, liczba Poissona, wytrzymałość na ściskanie i rozciąganie, kohezja, kąt tarcia wewnętrznego

*badania polowe- RQD, badania geofizyczne w otworach wiertniczych

b) metody

-pomiary kartograficzne

-kartowanie geologiczne

-rozrzedzona siatka wierceń

-metody geofizyczne

-metody polowe i laboratoryjne

Faza 2- Szczegółowe rozpoznanie masywu skalnego do celów projektowych:

Powodem wykonywania badań szczegółowych jest dostarczenie rzetelnych danych geoinżynierskich potrzebnych do właściwego zaprojektowania budowli. Etapy:

1)Badania szczegółowe

a) Zakres

-budowa geologiczna (morfologia, litologia, tektonika, nieciągłości)

-warunki wodne: badania w otworach wiertniczych

-właściwości fizykomechaniczne

*badania laboratoryjne- ciężar właściwy, moduł Younga, liczba Poissona, wytrzymałość na ściskanie i rozciąganie, kohezja, kąt tarcia wewnętrznego, porowatość wilgotność, nasiąkliwość, rozmywalność, wodoprzepuszczalność, mrozoodporność, pęcznienie skał

*badania polowe- naprężenia pierwotne, RQD, SCR, TQR, badania przepuszczalności, wytrzymałości na ściskanie i ścinanie, modułu sprężystości i modułu odkształcenia, badania geofizyczne

b) metody

-pomiary kartograficzne

-kartowanie geologiczne

-wykonanie wyrobisk badawczych (wykopów, sztolni, szybów, szybików)

- siatka wierceń podstawowych i dodatkowych

-metody geofizyczne

-metody polowe i laboratoryjne

Przetwarzanie danych, wykonywanie ostatecznych map geologicznych, przekrojów, opracowanie wyników badań laboratoryjnych i polowych.

Faza 3- Ocena wyników rozpoznania

1.Analiza wyników wstępnego rozpoznania

2. Jeżeli występują niekorzystne warunki- zmiana lokalizacji budowli

Jeżeli warunki są korzystne, analiza szczegółowego rozpoznania geotechnicznego. Należy rozpatrzyć następujące zagrożenia:

- wyjątkowo skomplikowana geologia (np. istnienie wielu stref uskokowych)

-niebezpieczeństwo powstania dużych stref zniszczenia

-niekorzystne właściwości skał (reologiczne, plastyczne)

-znaczne zwietrzenie masywu skalnego, występowanie warstw pęczniejących w przekroju wyrobiska, liczne nieciągłości

-trudne warunki wodne

3. Jeśli nie występują powyższe zagrożenia, nie występują trudności w zaprojektowaniu, wykonaniu i utrzymaniu budowli podziemnej na zamierzonej lokalizacji

Jeśli zagrożenia występują w całym otoczeniu wyrobiska wykonanie i utrzymanie budowli spowoduje ogromne koszty. Proponuje się zmianę lokalizacji.

Jeżeli zagrożenia występują lokalnie, istnieje możliwość wykonania i utrzymania budowli podziemnej po rozsądnych kosztach. W projekcie należy przewidzieć wprowadzenie dodatkowych środków zabezpieczających, np. lokale wzmocnienie obudowy, wzmocnienie masywu oraz dokonać oszacowania kosztów prac zabezpieczających.

Faza 4- Projekt i wykonanie budowli podziemnej

1.Dla przyjętego geomechanicznego modelu masywu skalnego, przeprowadzenie wariantowych obliczeń numerycznych w celu wyboru optymalnego kształtu budowli i dobory obudowy, metody drążenia.

2.Wykonanie projektu dla budowli, wybór metody drążenia, zaprojektowanie przebiegu obserwacji (monitoring)

3.Przygotowanie dokumentacji przetargowej, oszacowanie kosztów wykonanie budowli, przeprowadzenie przetargu, wybór wykonawcy

4.Wykonanie budowli, analiza warunków geotechnicznych występujących podczas drążenia, bieżaca obserwacja i klasyfikacja masywu

5.Jeżeli napotkane warunki geotechniczne nie różnią się od założonych, kończymy budowę.

Jeżeli różnią się, należy zmienić geomechaniczny model masywu i przeprowadzić obliczenia numeryczne oraz dostosować techniki i technologię wykonania do lokalnych warunków, a następnie przejść do punktu 4.

Budowa modeli fizykomechanicznych:

-geofizycznych, geostrukturalnych, spękań, wodochłonności

-zmian wartości modułów odkształcenia, sprężystości, wytrzymałości na ścinanie

Klasyfikacja rozpatrywanego masywu skalnego.

Budowa modułu geomechanicznego masywu skalnego:

-ciągłego

-nieciągłego

---