.

Особливості впливу підземних гірничих робіт на геометричні параметри автомобільних доріг: Автореф. дис… канд. техн. наук / І.В. Шилін, Укр. трансп.

Язык: украинский
Формат: реферат
Тип документа: Word Doc
0 2703
Скачать документ

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ
УКРАЇНСЬКИЙ ТРАНСПОРТНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ШИЛІН ІГОР ВОЛОДИМИРОВИЧ
УДК 625.7 : 662.2
ОСОБЛИВОСТІ ВПЛИВУ ПІДЗЕМНИХ ГІРНИЧИХ РОБІТ НА ГЕОМЕТРИЧНІ ПАРАМЕТРИ АВТОМОБІЛЬНИХ ДОРІГ
05.22.11 – Автомобільні шляхи та аеродроми
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
КИЇВ – 1999

Дисертація є рукопис
Робота виконана в Українському транспортному університеті
Науковий керівник: – доктор технічних наук, професор, Білятинський Олександр Антонович, Український транспортний університет, завідувач кафедрою “Проектування доріг”, м. Київ
Офіційні опоненти: – доктор технічних наук, професор, Білеуш Анатолій Іванович., Київський міжнародний університет цивільної авіації, кафедра “Аеропорти”, м. Київ
– кандидат технічних наук, Осяэв Юрій Миколайович., заступник керівника управління корпорації “Укравтодор”, м. Київ
Провідна організація: – Київський державний технічний університет будівництва і архітектури, кафедра “Міського будівництва”, Міністерство освіти України, м. Київ
Захист відбудеться “14” жовтня 1999 р. о 1200 на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.059.02 при Українському транспортному університеті за адресою: 252010, м. Київ, вул. Суворова 1, ауд. 333-а
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Українського транспортного університету, 252103, м. Київ, вул. Квіквідзе, 42
Автореферат розісланий ” 08 ” 09 1999 р.
Вчений секретар
спеціалізованої ради Дзюба О.П.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність роботи. Одним із найважливіших чинників, що визначають якісний стан автомобільної дороги в цілому, є стійкість геометричних параметрів елементів поздовжнього профілю з моменту будування на увесь період її експлуатації.
Оптимальність вибору геометричних параметрів елементів поздовжнього профілю автомобільної дороги характеризується багатьма факторами: рельєфом місцевості, гірничо-геологічними, гідрогеологічними і природно-кліматичними умовами і т.п. Але в процесі експлуатації автомобільної дороги та внаслідок життєдіяльності людини відбувається зміна геометричних параметрів поздовжнього профілю, а також і деформація всієї автомобільної дороги аж до її руйнування. Так, в результаті розробки корисних копалин підземним способом (ПГР) у надрах землі утворюються порожнечі великих розмірів, які заповнюються породою під впливом сили тяжіння та обрушення маси порід, що утворюють кровлю розроблюваного пласта. Від зрушення гірничих порід на поверхні землі утворюється вирва – мульда зрушення яка істотно впливає як на рельєф місцевості так і на автомобільну дорогу.
Погіршення якісного стану автомобільної дороги призводить до додаткових збитків, як в експлуатації дорожнього господарства так і в автомобільних перевезеннях, які обумовлені істотним збільшенням собівартості, зменшенням продуктивності праці і т. п.
Таким чином врахування впливу розробки корисних копалин підземним способом на автомобільну дорогу є актуальною задачею, яка потребує розробки наукових основ та практичних методів її вирішення.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана згідно тематики загально-державного значення з приоритетних напрямків наукових досліджень в університеті, яка розроблена та затверджена вченою радою університету до 2000 року включно:
– прогресивні напрямки розвитку транспортного будівництва в умовах переходу до ринкової економіки.
Мета та задачі роботи. Визначити вплив розробки корисних копалин підземним способом на геометричні параметри характерних ділянок автомобільної дороги при різноманітних умовах залягання розроблюваного вуглетримаючого пласта і геометричних особливостях харак-терних елементів дороги до деформації. Дослідити вплив зміни геометричних параметрів дефор-мації автомобільної дороги на її техніко-експлуатаційні показники.
Задачі дослідження включали такі питання:
– вибір та обгрунтування факторів, які істотно впливають на процес осідання авто-мобільної дороги внаслідок розробки корисних копалин підземним способом;
– розробка загальної моделі зміни геометричних параметрів характерних ділянок дороги від підземних гірничих робіт;
– розробка теоретичних основ та практичних методів реалізації моделі процесу осідання автомобільної дороги внаслідок підземних розробок;
– розробка загальної моделі впливу зміни геометричних параметрів на технічні показники дороги;
– розробка методики по отриманню результатів деформації за допомогою машинної реалізації.
Наукова новизна. Розроблено теоретичні основи розрахунку параметрів деформації автомобільної дороги на підроблюваних територіях.
Практична цінність. Розроблено методику практичної реалізації математичної моделі розрахунку параметрів деформації автомобільної дороги з врахуванням підготовки вхідних даних, їхньої трансформації, одержання розрахункових залежностей і техніко-експлуаційної оцінки результатів рішення.
Апробація роботи. Основні положення дисертаційної роботи викладалися на: галузевій науково-практичній конференції “АВТОДОРОЖНІЙ КОМПЛЕКС УКРАЇНИ У СУЧАСНИХ УМОВАХ: ПРОБЛЕМИ І ШЛЯХИ РОЗВИТКУ” м. Київ – 1998 р.; міжнародній науково-технічній конференції “ПРОБЛЕМЫ СТРОИТЕЛЬНОГО И ДОРОЖНОГО КОМПЛЕКСА”м.Брянськ,-1998 р
Особистий внесок здобувача. За допомогою сучасних методів математичного планування створена модель впливу підземних гірничих робіт на автомобільну дорогу. Виконано машинне моделювання процесу деформації дороги при різноманітних умовах розробки вугільного пласта. У результаті математичної обробки результатів моделювання отримані регресійні залежності розрахунку величини похилів від умов залягання пласта.
Публікації. По темі дисертаційної роботи опубліковано 7 статей.
Обсяг і структура роботи. Дисертація викладена на 103 сторінках основного тексту, має 41 рисунок, 7 таблиць, складається з вступу, чотирьох розділів, загального висновку, списку літератури, що включає 124 найменування, додатків, які складаються з 18 рисунків.
ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обгрунтовується актуальність теми, визначається мета та методологічні засоби дослідження, наукова новизна і практична цінність отриманих результатів.
У першому розділу розглянуто стан питання по врахуванню впливу ПГР на автомобільні дороги та задачі його дослідження. Розглянуто стан вивчення процесу зрушення гірських порід і земної поверхні..
Виконаний короткий опис понять та розрахункових формул, що використовуються для визначення зрушення земної поверхні під впливом ПГР. Приведено узвичаєні розрахункові схеми і графіки розподілу параметрів деформації, які отримані в результаті багаторічних натурних спостережень за деформаціями земної поверхні внаслідок ПГР.
У зв’язку з відсутністю опублікованих матеріалів про спостереження за деформаціями автомобільних доріг під впливом ПГР, коротко розглянуто стан вивченості даної проблеми в інших галузях будівництва, тобто у трубопровідному, залізничнному та енергетичному будівництвах та ін.
Виходячи із різниці у вимогах до проектування, будівництва та експлуатації між різноманітними типами лінійних інженерних споруд, для застосування до питання врахування деформації автомобільної дороги і штучних споруд на них, доцільно застосувати, з деякими змінами та доповненнями зумовленими особливостями експлуатації транспортної системи, накопичений досвід в:
– залізничному будівництві – влаштування земляного полотна і високих насипів на підроблюваних територіях, розрахунок напружень в грунтовому масиві, передача зусиль і гірського тиску, дренажні і водопропускні споруди;
– трубопровідному транспорті – проектування і будівництво пересічень траси автомобільної дороги з комунальними інженерними спорудами, влаштування компенсаторів і гасителів напруги в штучних металевих спорудах на деформованих територіях;
– будівництві високовольтних ЛЕП – розробка засобів захисту від виникнення в спорудах на площі автомобільної дороги (опори телеграфних та електричних мереж) небезпечних по величині нахилів і тривалість конструкцій;
– будівництві промислових і житлових будинків та споруд – проектування, будівництво та експлуатація будинків дорожнього господарства.
Наведено характеристики систем “Автомобільна дорога” і “Мульда осідання” земної поверхні під впливом ПГР, виділені об’єкти моделювання. Розглянуто їх структурні схеми окремо й у взаємодії (рис. 1).
Складено блок-схеми для визначення деформації поздовжнього профілю автомобільної дороги під впливом ПГР, похилу формотворної лінії обрису деформованої поверхні, показник рівності покриття за поштовхоміром, витрати пального по прямуванню на деформованих ділянках.
Виділено першочергове завдання вивчення впливу ПГР на автомобільні дороги, тобто визначення ступеня впливу ПГР на поздовжній профіль автомобільної дороги вздовж мульди осідання від розробки одиночного пласта, на ділянці мульди яка прирівнюється до пікету автомобільної дороги -100м та у окремо взятому інтервалі спостережень за деформаціями – 15-30м.
Другий розділ містить в собі теоретичні передумови розрахунку параметрів деформації автомобільних доріг під впливом підземних розробок.

Розрахункові залежності визначення розмірів і форми мульди осідання земної поверхні під впливом підземних гірничих робіт ухвалені відповідно до існуючих нормативних документів та опублікованих матеріалів досліджень. Основною відмінністю від застосовуваної в маркшейдерській справі, є визначення значень вертикальних осідань у перетинах, тобто замість функції Гауса використовується залежність, яка була запропонована С.П. Колбенковим. Це дозволило спростити процес розрахунку без утрати точності результатів, тобто замість дискретних значень вертикальних осідань у довільному перетину деформованої ділянки маємо функціональну залежність, яку було використано для визначення інших параметрів деформації.
У розділі приведені розрахункові залежності для визначення значень параметрів деформації формоутворюючої лінії обрису деформованої поверхні, які враховують геометричні особливості характерних ділянок поздовжнього профілю й умови залягання вуглетримаючого пласта, тобто прямолінійних (горизонтальної і нахиленої) та криволінійних (вертикальних опуклої й угнутої колових кривих) ділянок профілю, потужності, кута нахилу пласта та глибини розробки.
При деформації прямолінійних ділянок розрахункові залежності визначення локальних значень геометричних параметрів деформації у напівмульдах за падінням та за повстанням будуть мати вигляд:
– вертикальне осідання у довільній точці

де, max – величина максимального осідання у мульді зрушення, м;
Ln – довжина напівмульд (L1– за падінням та L2–за повстанням) , м;
x – відстань від точки з максимальним осіданням до перетину, м.
ідор –похил нахиленої ділянки дороги до деформації, в долях одиниці;
b – коефіцієнт який дорівнює відрізку, що відсікається прямою на осі ординат, відраховуючи від початку системи координат.
– похил у довільній точці

Розрахункові залежності для визначення параметрів деформації при розробці під вертикальними угнутою та опуклою коловими кривими будуть мати вигляд:
– у напівмульді за падінням

де, hх – значення перпендикуляру у розрахунковому перетину, проведеного від хорди до дуги кривої (стрілка дуги колової кривої), м;
х – осідання у розрахунковому перетині мульди осідання, м;
R – радіус колової кривої, м.
і – похил у розрахунковому перетину колової кривої, в долях одиниці;

де, Кмул – кривизна лінії обрису мульди осідання;
Крад – кривизна колової кривої до деформації.
– у напівмульді за повстанням

Також, у розділі наведені залежності розрахунку показника рівності покриття за пош-товхоміром при деформації прямолінійної горизонтальної ділянки, які грунтуються на залежності показника рівності за поштовхоміром від просвіту під трьох метровою рейкою.
Для техніко-експлуатаційної оцінки впливу ПГР на автомобільну дорогу наведені залежності для розрахунку величини витрати пального при руху автомобілів по деформованій ділянці (двома методами, які були пристосовані до даних умов і дозволяють отримати величину витрати пального в залежності від зміни швидкості руху та коефіцієнту протидії коченню).
Завдяки тому, що розробка корисних копалин підземним способом призводить не тільки до зміни похилів, але й до зміни величини показника рівності було визначено для кожної характерної дільниці :
– швидкість руху автомобіля, в залежності від зміни похилу і рівності;
– коефіцієнт опору коченню, в залежності від рівності і швидкості;
– коефіцієнт мас, що обертаються, в залежності від швидкості руху;
– динамічний фактор автомобіля, в залежності від похилу, прискорення, і коефіцієнта опору кочення;
– витрату пального, в залежності від динамічного фактору і швидкості автомобіля (аналітичним і графоаналітичним способами).
У третьому розділі приведені розрахункові схеми деформації характерних ділянок автомобільної дороги та методичні основи вирішення задачі побудови розрахунку параметрів деформації.
Вхідні дані для розрахунків деформації поздовжнього профілю автомобільної дороги умовно можна поділити на дві групи:
– гірничо-геологічні – дані, що характеризують залягання вуглетримаючого пласта, тобто кут падіння пласта, його потужність і глибина залягання, які можуть бути отримані у фахівців маркшейдерських служб в організаціях, ведучих підземні розробки на даній території або в підрозділах,
що виконують спостереження за даного роду деформаціями;
– проектні – дані, що характеризують положення проектної лінії автомобільної дороги, тобто: висотні відмітки проїзної частини; поздовжній похил ділянки дороги та її довжину; радіуси колових кривих та похил у її крайніх точках, які можуть бути отримані або з робочих проектів на будівництво або на реконструкцію дороги, а так же відновлені шляхом вишукуваних робіт .
При моделюванні варіантів взаємодії приймалися середні значення (для районів Донбасу) гірничо-геологічні вхідні дані (згідно нормативних документів і результатів натурних спостережень фахівців за зрушенням гірських порід, які були опубліковані) та граничні значення проектних вхідних даних (згідно діючих нормативних документів).
В зв’язку з відсутністю результатів натурних спостережень за деформаціями автомобільних доріг під впливом ПГР були прийняті допущення, які грунтуються на результатах досліджень проведених в залізничній, трубопровідній, енергетичній і гідротехнічній будівельних галузях, а також на підставі існуючих нормативних документів :
1) формоутворююча лінія обрису деформації повздовжнього профілю автомобільної дороги подібна лінії осідання земної поверхні;
2) вісь дороги розміщена на головних перетинах мульди осідання земної поверхні від розробки корисних копалин підземним способом;
3) дорога проходить в “нульових” відмітках, тобто відсутнє підняття бровки грунтового полотна над поверхнею землі;
4) в розрахунках не розглядаються питання суцільності основ і покриття проїзної частини, також не враховуються модулі пружності шарів дорожнього одягу.
Виконано моделювання деформації автомобільної дороги у локальних (на п´ятнадцяти метровому інтервалі) та середньозважених (у напівмульдах) межах в залежності від умов залягання пласта та геометричних особливостей характерних ділянок поздовжнього профілю.
У випадку деформації горизонтальної прямолінійної ділянки змінюваними величинами були тільки умови залягання пласта, тобто потужність розроблюваного пласта (від 1м до 5м), кут нахилу пласта (від 0о до 60о) та глибина розробки (від 75м до 600м). Розрахункова схема наведена на рис.2.
При розгляді деформації нахиленої прямолінійної ділянки (рис. 3) до умов залягання пласта додається поздовжній похил ділянки до деформації (в межах від 30о/оо до 90о/оо).
У випадках розрахунку криволінійних ділянок (рис. 4) до умов залягання пласта додається радіус колової кривої (від 1000м до 10000м) та похил у крайніх точках дуги (від 30о/оо до 90о/оо).
По результатам моделювання процесу деформації характерних ділянок автомобільної дороги внаслідок ПГР побудовані графіки розподілу локальних значень параметрів деформації по довжині деформованої ділянки та залежність їх середньозважених величин від зміни умов залягання та геометричних властивостей поздовжнього профілю до деформації.
На основі даних, отриманих в результаті машинного моделювання варіантів деформації горизонтальної ділянки під впливом ПГР, здійснили розрахунок параметрів множинної регресії, яка характеризує залежність між потужністю пласта m (м), глибиною підроблювання Н (м) та середньозваженим похилом у напівмульдах в бік простилання пласта ic (проміле) при різноманітних значеннях кута падіння пласта(град). Тобто отримали регресійні залежності похилу деформованої поверхні від умов залягання пласта з метою використання їх у апріорних розрахунках при пошуку варіантів положення автомобільної дороги на деформованій поверхні з подальшим більш детальним розрахунком параметрів деформації по залежностям 1-12.
Було розглянуто озглянуто випадок впливу мульди осідання на горизонтальну ділянку автомобільної дороги при куті падіння вугільного пласта.
Задача полягає в пошуку по результатах даних спостережень над змінними потужності пласта m та глибини залягання пласта H. Пошук параметрів регресії b0, b1, b2 здійснювали за допомогою способу найменших квадратів. Умовою мінімуму досліджуваної функції іс (b0, b1, b2) є рівність нулю її часткових похідних.
Після відповідних алгебраїчних перетворень, отримали наступну систему нормальних рівнянь, відносно параметрів регресії (середньовзважений похил на деформованій ділянці від потужності та глибини розробки вугільного пласта)

де, ix, mx, Hx – емпіричні дані, що аналізуються;
Цю систему лінійних алгебраїчних рівнянь зручно вирішувати матричним способом.
Таким чином, значення середньозваженого похилу у напівмульді зрушення, потужність пласта, що розробляється і глибина залягання вугільного пласта зв’язані рівнянням.
ic=b0+b1•m+b2•H
Аналогічно виведені залежності для напівмульди за падінням та напівмульди за повстанням при модифікації кута падіння від 00 до 600.
Також були виведені регресійні залежності для розрахунку середньозваженого похилу у напівмульдах при деформації нахиленої прямолінійної ділянки від розробки одиничного пласта. Проведено аналіз точності отриманих регресійних залежностей.
Результати розрахунків деформації автомобільної дороги, які отримані за допомогою машинного моделювання, дозволяють стверджувати, що при деформації автомобільної дороги деякі властивості притаманні для всіх характерних ділянок, але є і такі, що є особистою відзнакою для окремих ділянок.
Таблиця 1.
Регресійні залежності розрахунку середньозваженого похилу.
Параметри Напівмульда за падінням Напівмульда за повстанням
Регресійна залежність Серед відхи-лення Регресійна залежність Серед відхи-лення
i=0o/oo; =0o 4.024+3.408m-0.012H 0.989 4.024+3.408m-0.012H 0.989
i=0o/oo; =30o 3.52+1.132m-0.01H 0.962 6.05+2.16m-0.017H 1.62
i=0o/oo; =60o 1.01+0.31m-0.003H 0.286 3.761+0.997m-0.011H 1.169
i=30o/oo; =0o 6.064+3.014m-0.017H 1.421 6.064+3.014m-0.017H 1.421
i=30o/oo; =30o 3.493+1.179m-0.01H 0.981 6.138+2.139m-0.018H 1.603
i=30o/oo; =60o 1.008+0.314m-0.003H 0.29 3.806+0.987m-0.011H 1.147
i=60o/oo; =0o 6.086+3.03m-0.017H 1.445 6.086+0.03m-0.017H 1.445
i=60o/oo; =30o 3.489+1.16m-0.01H 0.938 6.362+2.197m-0.018H 1.69
i=60o/oo; =60o 0.935+0.288m-0.003H 0.421 3.738+0.998m-0.011H 1.164
i=90o/oo; =0o 6.31+3.017m-0.018H 1.477 6.31+3.017m-0.018H 1.477
i=90o/oo; =30o 3.492+1.153m-0.01H 0.737 6.147+2.14m-0.018H 1.601
i=90o/oo; =60o 1.008+0.313m-0.03H 0.302 3.678+0.995m-0.011H 1.145
Так загальними особливостями для всіх ділянок можна вважати:
– збільшення потужності розробляємого пласта завжди призводить до пропорційної модифікації параметрів деформації;
– збільшення глибини залягання зменшує значення параметрів деформації;
– збільшення кута падіння пласта майже не виявляє впливу на максимальні значення величин деформації, але впливає на характер розподілу у напівмульдах за падінням та за повстанням;
– протягом напівмульди значення похилів мають однаковий знак (функція монотонно зменшується або зростає в залежності від розташування у напівмульдах за падінням або за повстанням).
Характерними властивостями для прямолінійних ділянок можна вважати:
– утворення “уявного” радіусу кривизни на деформованих ділянках;
– обрис графіків кривизни підкоряється косінусоїдальному закону розподілу, з точками екстремуму у ¼ та ¾ довжини напівмульд;
Властивостями, які притаманні для підроблювання вертикальних коло вих кривих, можна вважати:
– із збільшенням радіусів колової кривої інтенсивність модифікації значень параметрів деформації зменшується;
– при величині хорди колової кривої меншої за довжину напівмульди осідання на графіках присутня точка перегину, що “плаває”, яка характеризує крайню точку колової кривої;
– при величині хорди колової кривої меншої за довжину мульди осідання на графіках завжди присутня точка перегину, яка розташована на ¼ та ¾ довжини мульди осідання;
– при величині кратності підроблювання меншої ніж 100 крива розподілу середньо-зважених значень локальних радіусів приймає “хвилеподібний” характер, якщо же більше 100 – лінійний;
– розташування точок екстремуму параметрів деформації змінюється в залежності від умов залягання вуглетримаючого пласта і геометричних характеристик колових кривих;
– похил в крайніх точках колової кривої не виявляє впливу на величину середньо-зваженого значення локальних радіусів по довжині деформованої ділянки, але впливає на характер розподілу вздовж напівмульди;
– у випадку коли хорда колової кривої більше довжини мульди осідання максимальне значення похилу не перевищує максимального проектного.
Є і специфічні властивості для кожної окремої характерної ділянки:
– для нахиленої прямолінійної ділянки – похил прямолінійної ділянки виявляє незначний вплив на розміри мульди осідання, але значно впливає на загальний похил ділянки, що деформувалася;
– для угнутої колової кривої – незалежно від умов взаємодії значення радіусів ділянки, що деформувалася, завжди менше проектного радіусу колової кривої; у випадках, коли хорда колової кривої менше довжини мульди осідання, похили в точках поєднання колової кривої з прямолінійною ділянкою завжди більше проектних;
– для опуклої колової кривої – незалежно від умов взаємодії значення радіусів деформованої ділянки завжди більше проектного радіусу колової кривої; у випадках, коли хорда колової кривої менше довжини мульди осідання, похили у точках поєднання колової кривої з прямолінійною ділянкою завжди менше проектних до деформації.
У четвертому розділі представлено практичне застосування результатів дослідження зміни геометричних параметрів поздовжнього профілю автомобільної дороги під впливом підземних гірничих робіт.
Маючи результати розрахунків локальних параметрів деформації горизонтальної ділянки в залежності від глибини розробки та кута нахилу пласта, обчислюємо величини показника рівності покриття за поштовхоміром. По даним розрахунків побудовані графіки, аналіз яких дає можливість розглянути характер розподілу локального показника рівності покриття за поштовхоміром вздовж деформованої ділянки автомобільної дороги від глибини розробки одиничного горизонтального пласта при потужності m=1м та m=2м.
Характер розподілу локального показника рівності показує, що місця розташування максимальних значень збігаються із місцями максимальних значень кривизни, тобто вони розташовані у ¼ та ¾ довжини напівмульди.
Зростання потужності пласта з 1м до 2м призвело до збільшення значення показника рівності майже удвічі. Збільшення глибини розробки вуглетримаючого пласта призводить до збільшення довжини деформованої ділянки та до змен шення величини показники рівності.
Розгляд графіків залежності середньозваженого значення показника рівності від умов залягання пласта доводить, що із збільшенням потужності пласта збільшується і середньозважений показник рівності. Але збільшення глибини розробки зменшує його значення.
Збільшення значення кута нахилу пласта призводить до зменшення показника рівності, причому у напівмульді за падінням більш інтенсивно ніж у напівмульді за повстанням (найбільш вагоме при збільшенні кута падіння пласта). Важливо відзначити той факт, що при любому значенні потужності та кута нахилу пласта, який розробляється, при глибині розробки менш 250м відбувається стрімке зростання показника рівності покриття за поштовхоміром, але із збільшенням глибини розробки відбувається уповільнення зміни значень показника рівності.
Результати моделювання виниклих під впливом ПГР змін геометричних параметрів та вплив цих змін на показник рівності покриття за поштовхоміром були використані для техніко-експлуатаційної оцінки деформації автомобільної дороги.
Аналіз публікацій показав, що вплив дорожніх умов на техніко-експлуатаційні параметри автомобілів істотний. За основний критерій оцінки впливу ПГР на автомобільні дороги прийнято витрату пального, оскільки по його зміні можна судити про режими роботи транспортних засобів, умови експлуатації автомобілів та доріг і т.п. Але застосування існуючих способів розрахунку витрати пального у районах схильних до деформацій від ПГР скрутно (нерівномірність осідань призводить до коливань висотних відміток, які викликають зміну цілого ряду технічних параметрів дороги), тому була проведена спроба адаптувати існуючі методики розрахунку до місцевих умов. Структурна схема для розрахунку витрати пального в умовах деформації автомобільної дороги приведена на рис. 5.
При цьому розглядається: горизонтальна прямолінійна ділянка автомобільної дороги IV технічної категорії; кут падіння вугільного пласта приймався =00 та =600; потужність пласта m=1м і m=5 м; глибина залягання вугільного пласта Н=400м; автомобілі марок МАЗ-500а та ЗІЛ-130. Для розрахунку витрати пального автомобілем МАЗ-500а було використано графоаналітичний метод, для ЗІЛ-130 – аналітичний.
Розгляд результатів розрахунків показує, що із зростанням потужності відпрацьованого пласта з 1м до 5м зростає й витрата пального при руху автомобілів на деформованій ділянці за даних умов розробки. Так, у порівнянні з рухом автомобіля протягом недеформованої ділянки дороги, для МАЗ-500а витрата пального збільшилась на 18% при =00 та на 13% при =600. Для ЗІЛ-130 зміна збільшення витрати пального дорівнює: при =00 11% для порожнього та 15% для завантаженого автомобіля, а при =600 9% для порожнього та 14% для завантаженого автомобіля. Але, при незмінному значенні потужності пласта, збільшення кута падіння зменшує зміну витрати пального на 3…5%.
Розгляд розрахунку причин зміни витрат пального доводить, що збільшення відбувається не стільки від зменшення швидкості руху (у нашому випадку від 5 до 24%), як від зміни режиму руху (тобто, від передачі, на якій здійснюється рух і т.п.).
Одже,проведене моделювання деформації автомобільної дороги від ПГР дозволило визначити перелік даних, необхідних для розрахунку параметрів деформації. Важливе значення мають відомості про ведення гірни
чих робіт на даній території і планах на перспективу, тому що вони впливають на вибір прийнятих рішень. До них належать: район місцевості, у залежності від якого з нормативних документів визначаються кути зрушення і максимальних осідань; потужність одиничного вугільного пласта, або свити пластів приведених до еквівалентного; кут нахилу пласта, що дозволяє визначити просторове положення вироблення, яке впливає на форму мульди осідання; глибина розробки; управління стріхою і швидкість розробки, які необхідні для визначення термінів повних деформацій і вибору розрахункових залежностей.
Маючи дані про умови розробки (глибину, потужність і кут падіння пласта), довжину мульди осідання та її напівмульд, геометричні параметри поздовжнього профілю автомобільної дороги (похил і довжину прямолінійних ділянок, радіус вертикальних кривих і похил у крайніх точках) за допомогою залежностей можемо визначити параметри деформації у довільному перетині, або інтервалі спостережень.
Отримані результати дозволять оцінити прийняті проектні рішення при проектуванні або реконструкції автомобільних доріг. Тобто, знаючи характер розподілу параметрів деформації на характерних ділянках можна визначити проектне рішення про застосування такого поздовжнього профілю який би найбільш підходив би до даних умов деформації автомобільної дороги внаслідок ПГР.
Головним критерієм процесу оптимізації прийняття рішень по розробці проектних рішень є мінімізація наслідків впливу ПГР на автомобільні дороги, тобто поздовжній профіль повинен зберігати геометричні параметри, або зазнавати незначних змін, протягом всього терміну експлуатації. Від цього залежіть тривалість строку служби дороги і технічних характеристик, та собівартості утримання якісного стану в задовільному стані.
Із проведеного дослідження бачимо, що використання прямолінійних ділянок при проектуванні поздовжнього профілю не має сенсу, у зв´язку із значними змінами величин геометричних параметрів деформованої ділянки (значення похилу та кривизни лінії обрису деформованої ділянки значно більше проектних).
Використання колових кривих доцільно при значних величинах радіусів заокруглення, що дозволяє значно компенсувати шкідливий вплив ПГР. Причому, збільшення похилу в крайніх точках колових кривих зменшує мінімальну межу значення радіусу, при якому здійснюється незначна зміна геометричних параметрів поздовжнього профілю. Так, при похилу в крайній точці дуги і=30о/оо мінімальне значення радіусу, що пропонується, R=10000м, при і=60о/оо величина радіусу вже складає R=5000м, а при і=90о/оо радіус має значення R=4000м.
ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ РЕЗУЛЬТАТІВ ДОСЛІДЖЕННЯ
Аналіз результатів моделювання деформації характерних ділянок автомобільної дороги внаслідок ПГР показує, що розробка корисних копалин підземним способом завжди виявляє значний негативний вплив на геометричні параметри автомобільної дороги. В результаті процесу осідання змінюється не тільки рельєф місцевості, на якій розміщена дорога, але і поздовжній профіль автомобільної дороги. Причому, в деяких випадках деформації при отриманому поліпшенні деяких геометричних параметрів траси (так, підроблювання опуклої колової кривої призводить до збільшення радіусу деформованої ділянки і зменшення величини максимального похилу) відбувається значне погіршення якісного стану покриття проїзної частини дороги та грунтового полотна (зміна щільності дорожнього одягу і щільності грунтового полотна, погіршення рівності покриття, плавності проектної лінії дороги і т. п.)
На підставі проведених теоретичних та експериментальних досліджень зроблено наступні висновки:
1) Визначено основні фактори, які впливають на процес деформації поздовжнього профілю автомобільної дороги під впливом розробки корисних копалин підземним способом.
2) Встановлено, що вертикальні деформації від ПГР прямо пропорційні потужності розробляємого пласта і обернено пропорційні глибині розробки і кута падіння пласта;
3) Розроблена математична модель деформації автомобільної дороги від ПГР, яка дозволяє визначити зміни характерних ділянок поздовжнього профілю в залежності від умов залягання вугільних пластів.
4) На основі математичної моделі отримані регресійні залежності визначення зміни поздовжнього похилу характерних ділянок від умов залягання розроблюваного пласта і геометричних параметрів траси до деформації
5) Визначено відповідність результатів математичної моделі даним отриманим за допомогою практичного спостереження за деформаціями елементів поздовжнього профілю.
6) При проектуванні автомобільних доріг на підроблюваних територіях рекомендується обходити райони де глибина розробки пласта менше 250м та кратність прироблення менше 100 одиниць, зменшити максимально допустимі похили на 20% у відповідності категорій доріг, та збільшити мінімальний проектний радіус вертикальних кривих до 5000м;
7) Результати даних досліджень можуть використовуватись при проектуванні автомобільних доріг на підроблюваних територіях внаслідок підземних гірничих робіт на основі прогнозу можливої деформації їх елементів.
Основні положення дисертації опубліковані в роботах:
– Білятинський О.А., Пеньков В.А., Шилін І.В. Концепція науково-технічної програми “Автомобільні дороги на техногенно-деформованих територіях “// Автошляховик України. 1996. -№3. – С.35-37
– Білятинський О.А., Пеньков В.А., Шилін І.В., Губанова М.Г. Вплив підземних гірничих робіт на профіль автомобільної дороги // Автомобільні дороги і дорожнє будівництво. 1997. – Вип.54. -С.173-178
– Білятинський О.А., Пеньков В.А., Шилін І.В. Про вплив підземних гірничих робіт на трасу автомобільної дороги // Автомобільні дороги і дорожнє будівництво. 1998. – Вип.55. -С.93-99
– Білятинський О.А., Пеньков В.А., Шилін І.В. Про вплив підземних гірничих робіт на профіль дороги і витрату палива // Автомобільні дороги і дорожнє будівництво. 1998. – Вип.56. -С.118-125
– Шилин И.В. Особенности проектирования автомобильных дорог в Донбассе // Автодорожній комплекс України в сучасних умовах: проблеми і шляхи розвитку : Зб. наук. Праць. –К.:УТУ, -1998р. -С.97-98.
– Пеньков В.А., Шилин И.В. Автомобильные дороги на подрабатываемых территориях // Автодорожній комплекс України в сучасних умовах: проблеми і шляхи розвитку : Зб. наук. Праць. –К.:УТУ, -1998р. -С.98-99.
– Пеньков В.А., Шилин И.В. Состояние и перспективы исследований автомобильных дорог на подрабатываемых территориях // Автодорожній комплекс України в сучасних умовах: проблеми і шляхи розвитку : Зб. наук. праць. –К.:УТУ, -1998р. -С.101-104.
Шилин И.В. Особенности влияния подземных горных работ на геометрические параметры автомобильных дорог. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.22.11 – автомобильные дороги и аэродромы, Украинский транспортный университет, Киев, 1999г.
Определены факторы, которые оказывают наиболее значимое влияние на процесс изменения геометрических параметров автомобильной дороги под воздействием разработок полезных ископаемых подземным способом. Сформулирована принципиальная расчетная схема сдвижения земной поверхности на основании которой получены расчётные схемы оседания характерных элементов продольного профиля автомобильных дорог под воздействием горных разработок. Разработан математический аппарат определения параметров деформации характерных участков автомобильной дороги дороги при различных условиях залегания углесодержащего пласта и геометрических особенностей рассматриваемых участков продольного профиля. Предложенная методика расчёта параметров деформации автомобильной дороги согласована с действующими нормативными документами, и адекватна методикам, применя-емым для аналогичных расчетов величин деформации в смежных отраслях строительства и адаптирована к особенностям процесса оседания автомобильной дороги в следствии подземных горных разработок. Проведено машинное моделирование процесса деформации прямолинейных и криволинейных участков продольного профиля автомобильной дороги, с учётом различных условий подработки. Результаты расчетов были использованы для выявления закономерностей распределения локальных значений параметров деформации по длине деформированного участка, а также их средневзвешенных величин в зависимости от условий залегания пласта и геометрических особенностей характерных элементов дороги. Полученные данные моделирования деформации прямолинейных участков автомобильных дорог были использованы для выведения регрессионных зависимостей расчетов продольных уклонов от условий залегания разрабатываемого пласта, которые рекомендуется использовать в прикидочных расчетах для определения оптимального пространственного положения трассы на территориях подверженых деформациям в следствии подземных горных работ. Определив оптимальное расположение трассы относительно выработанного пространства значения параметров деформации уточненяются по предложенной методике.
Проведен технико-экономический анализ влияния подземных горных разработок на качественное состояние автомобильной дороги. Так предложены методики по практическому использованию результатов моделирования деформации геометрических параметров продольного профиля автомобильной дороги под воздействием сдвижения земной поверхности, в частности определение величины показателя ровности покрытия по толчкомеру (основаного на зависимости показателя ровности покрытия по толчкомеру от просвета под трех метровой рейкой) и расхода топлива грузовыми автомобилями при движении по деформированному гори-зонтальному участку.
Ключевые слова: разработка полезных ископаемых подземным способом, мульда оседания земной поверхности от подземных горных работ, подработка автомобильной дороги, деформация продольного профиля, вертикальное оседание, продольный уклон, кривизна поверхности, радиус закругления, показатель ровности покрытия по толчкомеру, расход топлива.
Шилін І.В. Особливості впливу підземних гірничих робіт на геометричні параметри автомобільних доріг. Дисертація на здобуття ученого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.11 – автомобільні шляхи та аеродроми, Український транспортний університет, Київ, 1999 р.
Визначено основні фактори, які впливають на процес деформації автомобільної дороги під впливом підземних гірничих робіт, а також розглянуті розрахункові схеми осідання характерних елементів поздовжнього профілю від підземних гірничих робіт.
Розглянуто характер розподілу локальних значень параметрів деформації по довжині деформованої поверхні. Визначено залежності розподілу величини параметрів деформації (локальних та середньозважених) від умов залягання пласта і геометричних харак-теристик ділянок поздовжнього профілю.
Отримано регресійні залежності похилів від умов залягання вугільного пласта. Запропоновано методику по практичному використанню результатів моделювання зміни геометричних параметрів поздовжнього профілю автомобільної дороги під впливом підземних розробок.
Ключове слово: розробка корисних копалин підземним способом, мульда осідання земної поверхні від підземних гірничих робіт, підроблювання автомобільної дороги, деформація поздовжнього профілю, вертикальне осідання, поздовжній похил, кривизна поверхні, радіус заокруглення, показник рівності покриття за поштовхоміром, витрата пального.
Shilin I.V. Features of influence of underground mountain works on geometrical parameters of highways. The dissertation on competition of a scientific degree of the candidate of engineering science on a speciality 05.22.11 – highways and air stations, Ukrainian transport university, Kiev, 1999.
Are certain (determined) basic рarameters deformations, influencing process, of a highway under influence of underground mountain works and the settlement circuits interactions of characteristic elements of a longitudinal structure and funnel deformation of a terrestrial surface are considered. Offered the technique of account of parameters of deformation takes into account geometrical features of sites of a longitudinal structure and uses operating time in similar branches of construction with reference to conditions of process of deformation and showed requirements to a longitudinal structure of a highway. The techniques on practical use of results of modeling сhanges of geometrical parameters of a longitudinal structure of a highway under influence of underground development, in particular definition of a parameter equals of a covering and charge of fuel by automobiles are offered at movement on deformations to a horizontal site.
Key words: development of minerals by a underground way, funnel deformation of a terrestrial surface from underground mountain works, development under highways, deformation of a longitudinal structure, vertical deformation, longitudinal inclination, curvature of a surface, radius сurve, parameter equals of a covering, charge of fuel.

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Похожие документы
Обсуждение

Оставить комментарий

avatar
  Подписаться  
Уведомление о
Заказать реферат!
UkrReferat.com. Всі права захищені. 2000-2019