автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.01, диссертация на тему:Маркшейдерское обеспечение строительства и эксплуатации высотных плотин

(А/'

¿/О

с» ^

6-

ГРУЗИНСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Ш правах рукописи

ТЕВЗАДЗЕ Мераб Николаевич

МАРКШЕЙДЕРСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ (ЛТОИТЕЛЬСТВА/И ЭКСПЛУАТАЦИИ ВЫСОТНЫХ ПЛОТ • (на примере Ингурско^гГ^2)

А К.

Специальнр?^05.Ч^ Д и с с/е]р

на соискание/ученой степени доктор^/технических наук в виде научного док

Москва, 1998 г.

ГРУЗИНСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ТЕВЗАДЗЕ Мераб Николаевич

МАРКШЕЙДЕРСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СТРОИТЕЛЬСТВА И ЭКСПЛУАТАЦИИ ВЫСОТНЫХ ПЛОТИН (на примере Ингурской ГЭС)

Специальность 05.15.01 - "Маркшейдерия" Диссертация

на соискание ученой степени доктора технических наук в виде научного доклада

« Москва, 1998 г.

Работа выполнена на кафедре инженерной геодезии и маркшейдерии Грузинского технического университета Научный консультант -

Доктор технических наук, профессор Пащенков В.З. Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор Гудков В.М. Доктор технических наук, профессор Новак В.Е. Доктор технических наук, профессор Туринцев Ю.И. Ведущая организация - ОАО "Институт Гидропроект".

Защита состоится "24» июня_1998 г. в 14 час.

на заседании диссертационного совета Д.053.20.01 при Московском государственном открытом университете по адресу: 129805, г. Москва, ул. Павла Корчагина д. 22, ауд. 408 .

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Университета. Диссертация разослана "22" мая 1998 г.

Отзывы в двух экземплярах просим направлять в адрес совета.

Ученый секретарь диссертациой)

совета, д.т.н., профессор I/ Захаров Ю.Н.

ГОСУДАРСТВЕННА

35//- 99

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В работе изложены и теоретически обобщены результаты исследований и опыт применения научно-практических разработок новых технологий маркшейдерских работ, при строительстве и эксплуатации Ингурской ГЭС в период с 19621997 гг.

Многолетний опыт внедрения и эксплуатации новых технологий маркшейдерских работ с использованием электронно-оптических и гироскопических систем дает достаточно оснований утверждать, что их применение, осособенно при осуществлении работ в труднодоступных горных районах Грузии, в городских условиях, не только экономически оправдано, но часто является единственно возможным средством быстрого исполнения работ с наименьшей затратой физического труда.

Каждая высотная плотина представляет сложное гидротехническое сооружение вписанное в конкретные условия.

При проектировании и строительстве учитывается структура массива, физико-механические свойства горных пород, их изменение во времени, сейсмичности региона, максимальные нагрузки и т.п.

Климатические условия, сезонные колебания уровня воды, вызванные ими изменения в плотине и массиве горных пород влияют на устойчивость плотины. Известны трагические последствия вызванные разрушением высотных плотин.

При разрушении арочной плотины в Мальпасе (Франция) (в 1959 г.) погибло 420 человек. При разрушении плотины Вайнот (Италия 1963 г.) погибло 1800 человек. Известны и другие случаи разрушения сопровождающиеся трагическими последствиями. Поэтому непрерывный маркшейдерский мониторинг за состоянием хиотины является обязательным условием сохранения их

устойчивости. Об этом в частности говорит пример с высокой арочной плотиной Цойцер (Швейцария). Там через 15 лет после строительства в 1978-1980 гг. наблюдения показали рост деформаций плотины и берегов.

Уникальность высотной плотины Ингурской ГЭС, необходимость постоянного контроля за состоянием ее устойчивости, как обязательного условия своевременного принятия мер по обеспечению ее сохранности определяют актуальность представленных в диссертации исследований.

В связи с вышеизложенным актуальность работы очевидна. Исследования, связанные с решением проблемы маркшейдерского обеспечения строительства и эксплуатации высотных плотин выполнялись автором в качестве научного руководителя, ответственного исполнителя при личном, непосредственном участии по ежегодным госбюджетным и хоздоговорным темам кафедры до настоящего времени.

Цель настоящей работы — разработка и научное обоснование теоретических и практических рекомендаций по технологии маркшейдерского обеспечения строительства и эксплуатации высотных плотин на примере Ингури ГЭС в условиях горного рельефа местности и их внедрение в производство.

Основная идея работы заключается в разработке и целенаправленном использовании новых технологий маркшейдерских работ, на основе применения электронно-оптических и гироскопических систем, включая методы контроля на всех стадиях строительства и эксплуатации Ингурской ГЭС.

Задачи исследований и разработок. Для достижения намеченной цели были поставлены и решены следующие задачи:

— создание высотной и плановой опорных сетей в районе строительства плотины;

— создание наблюдательных станций, включающих расположение реперов и марок, их конструкцию обеспечивающих возможности их сохранности на длительное, функционирование плотины;

— разработку методов измерений позволяющих достигнуть необходимую точность измерений;

— исследование и определение области применения дальномерных и гироскопических инструментов;

— определение точности выполненных измерений;

— определение закономерности деформирования поверхности, прилегающего к телу плотины массива горных пород, а также деформирования тела плотины;

— издание учебной литературы по новым технологиям, как закономерная необходимость для профессиональной подготовки специалистов.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Новые технологии маркшейдерских работ — основа маркшейдерского обеспечения строительства и эксплуатации высотных плотин в сложных условиях горной местности [7, 14, 15, 17, 18, 27, 32, 33].

2. Электронно-оптические и гироскопические системы — современная база новых технологий маркшейдерских работ [3, 4, 6, 8, 9,11,12,26,31].

3. Математическое обеспечение уравнивания и оценки точности маркшейдеро-геодезических сетей-основная составляющая новых технологий маркшейдерских работ [1, 2, 5, 10, 13, 29, 30].

4. Сохранение экологической стабильности окражающей среды при строительстве и эксплуатации высотных плотин в сложных условиях горного рельефа — важнейшая проблема экологии [16, 19, 20,21,22,23,24,25,28].

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в работе, подтверждается:

— комплексным характером работы, включающей анализ и обобщение опыта внедрения разработок;

— эффективностью мер принятых для снижения фильтрации вод под плотиной, принятых в соответствии с установленными особенностями деформации поверхности;

— установленными особенностями сезонных деформаций плотины.

Научная новизна работы заключается в создании новых маркшейдерских технологий и совершенствование методов обработки результатов измерений. Обоснование параметров приборов.

Научное значение работы состоит в разработке теоретических рекомендаций по повышению точности маркшейдерских работ, научно обоснованных технических и экономических решений при маркшейдерских съемках.

Практическая ценность работы заключается в том, что все выполненные исследования и разработки доведены до обоснованных, экспериментально проверенных и примененных в инженерной практике методик, алгоритмов, нормативов и инструктивных указаний, технических решений и рекомендаций, технико-экономических обоснований по повышению качества измерений и т.п. Выполненные разработки позволили автору подготовить учебную литературу и поставить на более высоком научно-техническом уровне учебный процесс подготовки горных инженеров-маркшейдеров и инженеров геодезистов.

Экономический эффект от внедрения разработок автора в производство, подтвержденный документально, составляет более 12 млн. руб. в,ценах 1991 года.

Результаты работы используются при строительстве и эксплуатации шахт в тресте "Ткибулуголь", Ингури ГЭС, Тбилгидропроектом и в учебном процессе.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на XIX Закавказской конференции Втузов, г. Тбилиси, 1977 г.; на XXII Республиканской конференции ГПИ и работников производства, г. Тбилиси, 1979 г.; на I Республиканской научно-методической конференции по образованию в области охраны окружающей среды, г. Тбилиси, 1980 г.; на XXII Республиканской научно-технической конференции, г. Тбилиси, 1981 г.; на Научно-техническом совещании (Госстой СССР), г. Москва, 1982 г.; на Юбилейной конференции ГПИ, г. Тбилиси, 1983 г.; на конференции Втузов Закавказья, г. Тбилиси, 1984 ' г.; на межвузовской конференции, г. Тбилиси, 1988 г.; за период 1990-96 гг. автор выступал на различных научных семинарах лабораторий и кафедр МИИГАиК, ЦНИИГАиК, МИСИ-МГСУ, МИИЗ, Гидропроекта, ГПИ и в других организациях. Все доклады были одобрены конференциями и совещаниями, а также на международном конгрессе по высотным плотинам, г. Люксембург, 1998 г., что позволяет считать выбранное направление и методологию исследований правильными, а решаемую проблему, актуальной.

Публикации. Основные результаты проведенных исследований, включающих научные положения, выводы и рекомендации автора, содержатся в 33 публикациях автора.

Автор выражает глубокую благодарность сотрудникам кафедры инженерной геодезии и маркшейдерии и ректората ГПЙ-ГТУ за постоянное внимание и помощь в выполнении настоящей работы.

СОДЕРЖАНИЕ

Ингурская плотина была и остается самой высокой и уникальной арочной плотиной в мире. Ее высота составляет 271,5 метра, длина по гребню — 760 м. Ширина бассейна меняется от 150 метров местами до 1500-1700 метров, объем — 1100 миллионов-кубических метров, среди них — 676 млн. куб. м. — полезные. При наполнении до отметки 510 метров (максимальная высота), бассейн от плотины тянется на расстояние до 27 километров. Занимаемая площадь примерно равна 13,35 кв. км.

Исследования, проведенные для изучения деформаций высотной арочной плотины, ее основания и берегов каньона, были выполнены в соответствии с заказом Минэнерго СССР и постановлением Совмина Грузии, которые поручили вести данные исследования Грузинскому политехническому институту (ныне Грузинский технических универсистет).

Ингурский гидроузел представляет собой сложные комплекс сооружений, расположенных на обширной территории в пределах передовых хребтов Большого Кавказа, их предгорий и Колхидской низменности. В состав собственно Ингурской ГЭС входят арочная плотина высотой 271,5 м., напорный деревационный туннель длиной 15 км, с помощью которого сток р.Ингури перебрасывается в долину р. Эрисцкали, где расположен напорно-станшюнный узел (рис. 1).

Ингурский гидроузел имеет комплексное значение, так как, кроме энергетических проблем с его помощью решаются вопросы осушения и орошения субтропических земель, имеющих большую ценность в условиях субтропического климата.

Проектирование и строительство уникального по своим масштабам и конструкциям сооружений гидроузла в сложных

сейсмотектонических условиях потребовала инженерно-геологического обоснования.

Рис. 1. Схема расположения Ингурской ГЭС.

I — арочная плотика; 2—дернвацнонныЛ туннель; 3 —уравнительная шахта; 4 — звание ГЭС; 5 — отводящий туннель; 6 — месторождение песчано-грзвмПных грунтов.

Выбор типа плотины производился в проектном задании, при том сравнивались варианты каменнонабросной, бетонной равитационной и арочной плотины. Гравитационная плотина отпала » экономическим соображениям. В проектном задании 1962 г. был :ринят вариант каменно-набросной плотины с высотой 228 метров. В ехническом проекте плотина была повышена до 300 м. с целью величения объема водохранилища. Из-за трудностей, которые могли озникнуть в процессе укладки суглинков в ядра плотины при ольшом количестве атмосферных осадков, от каменнонабросного арианта отказались и к строительству, был принят арочный вариант

■■РОССИЙСКАЯ

ДОУдарственн'

~ '^тойотакд

весьма надежного

плотины, правда створ ее был передвинут на 100 м выше по реке и понижен на 30 м с учетом геологических условий створа (слабые породы на верхних отметках а также ингиришского разлома, так называемым правобережным тектоническим разрывом типа выброса-сдвига, пересекающего непосредственно участок плотины в правобережном его примыкании).

Автор, создавая Новые технологии маркшейдерских работ на основе применения электронно-оптических и гироскопических систем, не мог не учитывать приоритет советских ученых в создании современных приборов и методах их использования.

На основе разработок 30-х годов фазовых соотношений радиоволн академиков Л.И.Мандельштама и Н,Д.Папалекси, интерференционной модуляции света академика А.А.Лебедева в последующие годы были созданы высоточные дальномеры: радиодальномер-теллурометр в Южно-Африканском союзе англичанином ТД.Уодли, ВРД в Советском Союзе; светодальномер-геодиметр шведским физиком О.Бергетрандом. На базе этих дальномеров появляется целая серия радио- и светодальномеров. Большой вклад в разработку и создание отечественных светодальномеров внесли доктора технических наук В.А. Величко, В.П.Васильев (ВНИИ ВТС), В.М.Назаров, А.А.Генике, Б.А.Ларин (ЦНИИГАиК), научные сотрудники Г.И.Бородулин, В.А.Синицин, И.А.Попов (ВНИИМИ) и др. Особое развитие получили малогабаритные электронно-оптические дальномеры высокой точности с использованием внутренней модуляции светодиодов.

В маркшейдерско-геодезических работах происходят важные качественные измерения. С работ доктора технических наук, профессора В.З.Пащенкова началось применение светодальномеров в подземных условиях, измерение глубины шахтных стволов и передача высотных отметок в подземные горные выработки. Им предложено

ю

простое выражение для определения числа гиросторон в маршейдерско-геодезических сетях.

Появляются работы по гиро-светодальномерным маркшейдерским опорным сетям и их уравниванию (Б.И.Никифоров, Е.И.Рыхлнж, Ф.Ф.Павлов, Ю.И.Маркузе, В.М.Гудков, А.В.Хлебников и др.).

Бурное развитие горнодобывающей промышленности и освоение гидроэнергоресурсов потребовало проведения большого объема маркшейдерских, геодезических, геологических и гидротехнических работ по наблюдению деформаций массива горных пород и сооружений, их оценке и прогнозированию современными измерительными приборами с использованием ЭВМ.

Здесь следует отметить известные работы докторов технических наук, профессоров С.Г.Авершина, В.И.Борщ-Компанейца, Г.Н.Кузнецова, В.Н.Попова, Г.Л.Фисенко, Н.А. Филатова, М.С.Муравьева, А.И.Дурнева, Т.С.Даниленко, М.Е.Пискунова, Н.Н-Лебедева, В.Е.Новака, И.Ю.Васютинского, Г.Е.Рязанцева, Х.К.Ямбаева и др.; видных ученых гидротехников Суханова Г.К., Н.А.Малышева, В.И.Брошдтейна, А.Л.Лосаберидзе, А.А.Карлсона и др.

Дальнейшее изложение доклада представляет обоснование каждого предлагаемого к защите научного положения.

Электронно-оптические и гироскопические системы — современная база новых технологий маркшейдерских работ.

Исследования, проведенные автором, показали, что современные гиротеодолиты и светодальномеры в подземных условиях работают устойчиво. Глубина шахт до 400 м на их показания не влияет.

Точность гироскопического ориентирования и

светодальномерных измерений близка к величинам, гарантируемым заводом-изготовителем. Компактность, сравнительно небольшой вес

п

отдельных узлов гиротеодолита позволяет маневренно использовать его в разнообразных видах маркшейдерских работ, начиная от вставки подходного пункта до задания направления забоя горной выработки. Особенно важное значение гиротеодолит имеет при контрольных измерениях.

Важнейшие преимущества применения гиротеодолита проявляются при гироскопическом ориентировании шахт и характеризуются выигрышем в затратах времени более чем в 10 раз и в экономии рабочей силы в ~ 2,5 раза.

Проведенные на шахтах исследования убедительно доказали необходимость широкого внедрения гиротеодолитов и светодальномеров, а на их примере и других подобных инструментов, в практику маркшейдерского дела. На газовых шахтах измерения следует ставить только на восходящей струе или применять приборы во взрывобезопасном исполнении.

На основании полученных данных многие современные гиротеодолиты и светодальномеры могут найти широкое применение в практике маркшейдерских измерений на всех шахтах и рудниках, в том числе и на газовых.

В горных условиях приборы могут быть использованы для контроля подвижности пунктов в местах развития оползней, создания подземной опорной сети и ориентирования очистных горизонтов.

В развитии маркшейдерской науки сейчас протекают интенсивные процессы, которые нужно учитывать при организации научных исследований. С одной стороны, углубляется дифференциация маркшейдреского дела, связанная с возрастанием ее роли в подз