АНАЛИЗ НОРМАТИВНОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ В ОБЛАСТИ ОЦЕНКИ СДВИЖЕНИЙ И ДЕФОРМАЦИЙ В УСЛОВИЯХ САНКТ-ПЕТЕРБУРГА

В настоящее время благодаря развитию технологий ведения горных работ увеличивается темп и масштабы подземного строительства в мегаполисах. При этом особенно актуальным остается вопрос охраны подрабатываемых зданий и сооружений. Неотъемлемой частью комплекса мер охраны зданий и сооружений от вредного влияния подземных работ является прогнозная оценка вредного влияния строительства подземных сооружений [1]. Качественный прогноз, в свою очередь, невозможен без двух условий: использования обоснованной методики расчета прогнозных величин сдвижений и деформаций и указания критериев вредного влияния и допустимых величин сдвижений и деформаций для конкретного вида охраняемых сооружений. В современных реалиях для условий Санкт-Петербурга не существует единого нормативного документа, регламентирующего в полной мере вопросы оценки вредного влияния подземного строительства. В этой связи представляется целесообразным произвести анализ существующих нормативных документов в области сдвижений и деформаций.

В качестве рассматриваемых нормативных документов были выбраны [2-7]:

1. Межгосударственный стандарт ГОСТ 24846-2012 “Грунты. Методы измерения деформаций оснований зданий и сооружений”.

2. Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях: ПБ 07–269–98.

3. СП 21.13330.2012 Здания и сооружения на подрабатываемых территориях и просадочных грунтах. Актуализированная редакция СНиП 2.01.09-91 (с Изменением N 1).

4. Инструкция по наблюдениям за сдвижениями земной поверхности и расположенными на ней объектами при строительстве в Москве подземных сооружений [Текст]: РД 07–166–97.

5. ТСН 50-302-2004 Проектирование фундаментов зданий и сооружений в Санкт-Петербурге.

6. ВСН-160-69. Инструкция по геодезическим и маркшейдерским работам при строительстве транспортных тоннелей.

Анализ указанных документов производился с учетом известных и общепринятых в практике прогнозной оценки вредного влияния параметров процесса сдвижения: оседания (вертикальная составляющая полного сдвижения), горизонтальные сдвижения, деформации наклонов, кривизны, горизонтальные деформации.

Оседание (з) - вертикальная составляющая вектора сдвижения точки земной поверхности в мульде сдвижения. Горизонтальное сдвижение (о) - горизонтальная составляющая вектора сдвижения точки земной поверхности в мульде сдвижения. Деформации наклона интервала между точками выражается в относительной мере и определяется из выражения:

,

(1)

где - величины оседаний m-го и m-1 реперов, мм; l – длина интервала между рассматриваемыми реперами по данным начального наблюдения, м.

Получаемое значение наклона i является средним значением для отрезка, поэтому относится к середине интервала. Кривизна мульды сдвижения (1/м) – отношение разности наклонов двух соседних интервалов мульды к полусумме длин этих интервалов. Кривизну можно определить из выражения:

(2)

где - величины наклонов n-го и n-1 интервалов между реперами; lср – средняя длина интервала, м.

Кривизна является первой производной функции наклонов или второй производной функции оседаний. Величина горизонтальной деформации выражается в относительной мере и определяется из выражения:

(3)

где - приведенные длины интервалов между реперами из последующего (k-го) и начального наблюдений.

Необходимо отметить, что равномерные оседания и горизонтальные сдвижения не всегда являются опасными. Более опасными являются деформации наклонов, кривизны, горизонтальные деформации (i, К, е). Так, наклоны i наиболее опасны для высоких объектов с малой площадью основания (телевышки, дымогорные трубы, водонапорные башни), горизонтальные деформации опасны для трубопроводов и железных дорог, а кривизна – для зданий больших размеров и т. д.

Анализ документов в части определения границ зоны влияния горных работ показал разнообразие применяемых критериев. Так, в качестве граничного критерия, согласно «Правилам охраны…» ПБ 07-269-98 [3], приняты следующие значения деформаций земной поверхности при расстояниях между реперами 15-20 м: наклоны i = 0,5·10^-3, растяжение е = 0,5·10^-3. В пределах зоны влияния подземных разработок выделяют зону опасного влияния. Для определения границ зоны опасного влияния приняты следующие значения деформаций земной поверхности: наклон i = 4·10^-3; кривизна К = 0,2·10^-3 1/м; растяжение е = 2·10^-3 (при среднем интервале 15-20 м). По данным СП 21.13330.2012 [4], при величинах деформаций земной поверхности на подрабатываемых территориях о ≤1 мм/м, R≥20 км, i≤3 мм/м и з≤1 см меры защиты зданий и сооружений, как правило, не требуются. Инструкция РД 07-166-97 [5] определяет внешние границы мульды сдвижения на земной поверхности при подземном способе возведения сооружения на основе граничных углов, а внешние границы ее опасной части – по углам сдвижения. Значения этих углов зависят от свойств горных пород и определяются опытным путем, а в случае отсутствия данных – по таблице в зависимости от коэффициентов крепости пород. Границы зоны влияния определяют по построенным графикам сдвижений и деформаций: по оседаниям з= 10 мм; наклонам i = 0,5·10^-3 и растяжениям е = 0,5·10^-3). Инструкцией ВСН 160-69 [7] устанавливаются размеры возможной зоны деформаций: от полуторной до двойной глубины залегания тоннеля.

Дальнейшие исследования включали анализ показателей, используемых в качестве критериев вредного влияния. Оседания, или вертикальные составляющие полных перемещений, рассмотрены во всех анализируемых документах. Так, вертикальные перемещения, согласно РД 07-166-97 [5] – это осадки, происходящие под влиянием горных работ, а также в результате уплотнения грунта под воздействием внешних нагрузок и в отдельных случаях собственной массы грунта; набухания и усадки… В «Территориально-строительных нормах…» ТСН 50-302-2004 [6] предельные осадки (в см) устанавливаются в качестве критерия вредного влияния. Здесь же приводятся допустимые значения для различных типов фундаментов, что не характерно для традиционной практики прогнозной оценки сдвижений и деформаций (согласно «Правилам охраны…» ПБ 07–269–98 [3]), оперирующей деформационными критериями.

Деформации наклонов рассмотрены во всех изученных документах, кроме «Инструкции…» ВСН 160-69 [7]. В «Территориально-строительных нормах…» ТСН 50-302-2004 [6] в качестве критерия опасного влияния рассматривается предельная относительная разность осадок (что по сути то же самое), кроме того, установлены допустимые значения для условий Санкт-Петербурга. Особое внимание деформациям наклонов уделено в «Правилах охраны…» ПБ 07–269–98 [3], которые устанавливают допустимые и предельные показатели деформаций земной поверхности, в том числе наклонов, для технологического оборудования.

Деформации кривизны (радиус кривизны) приводятся в трех документах из рассмотренных: «Правила охраны…» ПБ 07–269–98 [3], «Здания и сооружения на подрабатываемых территориях…» СП 21.13330.2012 [4], «Инструкция …» РД 07–166–97 [5]. В «Правилах охраны…» ПБ 07–269–98 [3] рассмотрена методика расчета максимального значения кривизны, характера распределения деформаций кривизны в мульде сдвижения, а также допустимые и предельные значения радиусов кривизны для подрабатываемых объектов.

Дополнительно в ряде документов («Правила охраны…» ПБ 07–269–98 [3], «Инструкция …» РД 07–166–97 [5], «Территориально-строительных нормах…» ТСН 50-302-2004) [6] в качестве характеристики процесса сдвижения приводится крен. Так, например, для условий Санкт-Петербурга в ТСН 50-302-2004 [6] приводятся предельно допустимые значения крена для зданий различных типов.

Горизонтальные перемещения рассмотрены во всех нормативных документах, кроме ТСН 50-302-2004 [6] и ВСН-160-69 [7]. В качестве критерия вредного влияния горизонтальные смещения обычно не рассматриваются, но в «Своде правил…» СП 21.13330.2012 [4] приводятся значения предельных горизонтальных перемещений для фундаментов сооружений.

Горизонтальные деформации интервалов поверхности, являясь одним из основных показателей процесса сдвижения, как и деформации кривизны, представлены в тех же ранее упомянутых нормативах. Наиболее полно методики расчета допустимых и предельных значений деформаций рассмотрены в «Правилах охраны…» ПБ 07–269–98 [3]. Для различных инженерных сооружений приведены допустимые и предельные показатели горизонтальных деформаций земной поверхности.

Отдельно стоит отметить проработанность вопросов охраны подрабатываемых зданий и сооружений в «Правилах охраны…» ПБ 07–269–98 [3]. Так, например, используемые комплексные критерии – допустимые и предельные показатели деформаций земной поверхности для гражданских (жилых и общественных) зданий определяются согласно следующим формулам:

где [∆l_д]_н и [∆l_п]_н - нормативные допустимый и предельный показатели деформаций, которые определяются в зависимости от назначения гражданских зданий и их этажности; n₁ - коэффициент, зависящий от грунтовых условий; n₂ - коэффициент, учитывающий материал и толщину наружных стен зданий; n₃ - коэффициент, учитывающий износ наружных стен зданий; n₄ - коэффициент, учитывающий наличие “жестких” перекрытий; n₅ - коэффициент, учитывающий форму здания в плане.
Для сравнения с расчетными показателями приводятся нормативные показатели допустимых и предельных деформаций (Таблица 1).

Для оценки вредного влияния на промышленные здания используются подобные комплексные критерии деформаций. 
На основании проведенного анализа можно сделать вывод, что в современной нормативно-правовой базе нет однозначного обоснованного подхода к оценке вредного влияния при подземном строительстве в условиях мегаполиса. Наиболее комплексные и достоверные прогнозные методики разработаны для оценки вредного влияния горных работ при подземной разработке угольных месторождений. Для условий Санкт-Петербурга, характеризующихся сложной горно-геологической ситуацией, специфическими особенностями технологий ведения тоннелепроходческих работ и различными, в том числе современными и сложными конструкциями подрабатываемых зданий и сооружений, подобные методики не всегда применимы. Принимая во внимание перечисленные факторы, становится очевидным актуальность и необходимость разработки нового нормативного документа, оперирующего комплексными деформационными критериями и учитывающего опыт накопленный опыт подработки объектов в Санкт-Петербурге.

1. Новоженин, С. Ю. Прогноз сдвижений и деформаций горных пород при сооружении эскалаторных тоннелей метрополитена тоннелепроходческими механизированными комплексами : дисс. … канд. техн. наук: 25.00.16 / Новоженин Сергей Юрьевич. – Санкт-Петербург, 2014. – 147 с.
2. ГОСТ 24846-2012. Грунты. Методы измерения деформаций оснований зданий и сооружений [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://docs.cntd.ru/document/gost-24846-2012 (дата обращения 24.03.2019).
3. Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях ПБ 07-269-98 / Минтопэнерго РФ. РАН. Гос. НИИ горн. геомех. и маркшейд. дела – СПб.: Межотраслевой науч. центр ВНИМИ, 1998. – 291 с.
4. СП 21.13330.2012 Здания и сооружения на подрабатываемых территориях и просадочных грунтах. Актуализированная редакция СНиП 2.01.09-91 (с Изменением N 1) [электронный ресурс] / Электронный ресурс правовой и нормативно-технической документации. — Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/1200094386 (дата обращения 24.03.2019).
5. РД 07-166-97 Инструкция по наблюдениям за сдвижениями земной поверхности и расположенными на ней объектами при строительстве в Москве подземных сооружений / Госгортехнадзор России, НТЦ «Промышленная безопасность». Серия 07. Выпуск 8 Охрана недр и геолого-маркшейдерский контроль. 2002. – 35 с.
6. Территориальные строительные нормы 50-302-2004. Проектирование фундаментов зданий и сооружений в Санкт-Петербурге / Санкт-Петербургская экспертно-консультативная комиссия по основаниям, фундаментам и подземным сооружения. Правильствево Санкт-Петербурга. – СПб. 2004. Электронный вариант документа. Режим доступа URL: http://files.stroyinf.ru/Data2/1/4293854/4293854755.pdf, дата обращения 24.03.2019.
7. Ведомственные строительные нормы 160-69. Инструкция по геодезическим и маркшейдерским работам при строительстве транспортных тоннелей / Сост. В.Г.Афанасьев, Б.И.Гойдышев, И.Ф.Демьянчик и др. – М.: Оргтрансстрой, 1970. – 351 с.

Все статьи автора «Новоженин Сергей Юрьевич»