3.11. Деформации грунтов над горными выработками
Проходка подземных горных выработок (туннелей, штолен, штреков и т. д.) вызывает в массиве перераспределение естественных напряжений, причем на одних участках возникает повышенное сжатие, на других – растягивающие силы. При концентрации напряжений возникает горное давление, воздействующее на крепь подземных выработок за счет движения грунта в сторону выработки. Горное давление зависит от геологического строения массива и свойств пород, глубины заложения и особенностей самой выработки. Оно колеблется от 0 до 1200 МПа.
Сдвижение горных пород. Наиболее крупные деформации зданий и сооружений возникают при сдвиге массивов грунтов над горными выработками, где в массиве происходит изгиб пластов или беспорядочное обрушение грунтов, а поверхность земли искривляется и опускается вместе с сооружениями. Участок земной поверхности, подвергшийся сдвигу, называют мульдой обрушения или сдвига (рис. 47).
Рис. 47. Мульда сдвига грунтов: 1 – нормальная поверхность земли; 2 – по верхность мульды;
3 – деформирующийся массив грунта; 4 – подземная выработка; β – угол сдвига
Осадка поверхности земли в пределах мульды составляет 0,1 – 0,9 (чаще 0,6 – 0,7) от мощности разрабатываемого пласта или высоты подземной выработки. Глубина центральной части мульды сдвига колеблется от долей метра до 1 – 2 м. Размер площади мульды превышает выработанное пространство. Это связано с подвижкой пород не только над выработкой, но и в сторону от нее под некоторым углом, который получил название угла сдвига.
Провалы поверхности земли образуются в результате обрушения грунтов в горные выработки. Размеры провалов различны и наиболее значительны в крутозалегающих пластах. Наличие мульд сдвига, их наклон, искривление и оседание земной поверхности обусловливает деформации и даже разрушение наземных сооружений. В центральной части мульды осадки зданий более равномерны, а по краям мудьды с большим наклоном и искривлением поверхности здания имеют неравномерные садки и сильно деформируются (рис. 48), а высокие сооружения (башни, трубы и т. д.) получают опасный крен.
Рис. 48. Разрушение здания на участке мульды
При очень малых прогибах земной поверхности в местах с завершенным процессом сдвижения специальные меры не применяются, а при значительных или провалах строительство нецелесообразно. В остальных случаях применяют меры:
• рациональную ориентировку здания по отношению мульды сдвижения;
• упрочнение грунтов основания;
• разрезку зданий на отсеки;
• повышение прочности конструкций и приспособление их к неравномерным осадкам;
• применение монолитных жестких фундаментов;
• использование высококачественных строительных материалов;
• повышенное качество строительных работ.