Обычно в структуре строительной геотехнологии выделяют четыре научных раздела.

Первый научный раздел - методология проектирования подземных сооружений. Этот раздел связан самым тесным образом с архитектурой, то есть, «родом человеческой деятельности, направленным на разработку новых и оптимизацию существующих объемно — планировочных решений окружающей среды необходимых для нормального функционирования человека» В частности, эта связь прослеживается с такими ее разделами как «объёмное проектирование», связанное с проектированием и строительством зданий и сооружений (в современном контексте, в понятие «сооружения» включаются и подземные сооружения) и  «градостроительством»

Данный раздел Строительной геотехнологии включает исследования и обосновние социально-экономической целесообразности и технической возможности строительства подземных сооружений, их месторасположения, а также, объемно-планировочных и архитектурных решений подземного объекта и связанных с ним технологическими процессами поверхностных зданий и производственных сооружений , в зависимости от функционального назначения, горно-геологических условий строительства, влияния технологии строительных работ и т.п. Одним из научных направлений данного раздела является обоснование стратегии и методов освоения подземного пространства в том числе, при утилизации и повторном использовании подземных объектов. Следует также отметить , что именно этот раздел Строительной геотехнологии является связующим между горными и строительными науками. Применительно к освоению подземного пространства городов это направление получило наименование подземная урбанистика( подземное градостроительство) - раздел архитектуры, решающий задачи проектирования и развития городской среды [5]. Думается, что указанный термин можно понимать в более широком смысле, поскольку освоение подземного пространства всегда увязано с вопросами архитектуры и промышленно-гражданского строительства (здания и сооружения на поверхности горнодобывающих предприятий, жилые поселки, застройка подрабатываемых территорий и т.д.). Следует также отметить, что именно этот раздел строительной геотехнологии является связующим между горными и строительными науками.

   Содержанием второго научного раздела являются оценка устойчивости горных выработок, исследование процессов взаимодействия инженерных конструкций с породными массивами и установление качественных и количественных характеристик их напряженно-деформированного состояния, изучение закономерностей формирования нагрузок с учетом влияния горного и гидростатического давления, сейсмического воздействия, температуры окружающей среды, влияния технологии ведения горностроительных работ, а также обоснование новых материалов, рациональных типов и конструкций крепей и обделок, разработка новых методов расчета инженерных конструкций (крепи, обделки и породные конструкции, армировка), оценка их прочности, устойчивости и долговечности. В горнотехнической литературе этот научный раздел именуется механика подземных сооружений.

Содержанием третьего научного раздела являются обоснование технологии строительства, реконструкции и восстановления подземных сооружений, включая исследования взаимосвязей элементов технологии горностроительных работ, установление качественных и количественных параметров, определяющих выбор способов, техники и технологии строительства с учетом влияния природных и техногенных факторов на ее технико-экономические показатели, методов организации и управления работами по строительству одиночных горных выработок и их комплексов обычными и специальными способами, а также горнотехнических зданий и сооружений на поверхности; исследования и обоснование схем и способов технологии ремонта, реконструкции и восстановления подземных сооружений с целью увеличения срока их службы или повторного использования в новом качестве.

В последнее время много говорится о внедрении в подземное строительство высоких технологий, то есть технологий, основанных на использовании результатов фундаментальных научных исследований и обеспечивающих достижение таких технических, экономических и социальных показателей, которые по своему уровню либо значительно превосходят все аналогичные показатели в данной отрасли производства, либо вообще недостижимы при существующих технологиях.

В подземном строительстве – это технологии проведения выработок, основанные на использовании закономерностей влияния горностроительных работ на напряженно-деформированное состояние породного массива, позволяющие гибко реагировать на поведение окружающей среды и путем оперативного регулирования технологических параметров по данным непрерывного контроля поддерживать оптимальный режим производственного процесса в системе «горная выработка – породный массив».

Иными словами, высокие технологии в подземном строительстве – этотехнологии, в которых производственный процесс разработан и реализуется для единой системы «горная выработка – породный массив», а его параметры оперативно регулируются в зависимости от изменений состояния этой системы. Разумеется, неотъемлемой составляющей подобных технологий является ее экологическая чистота, полная механизация трудоемких работ, автоматизация контроля и обработки результатов наблюдений, высокий уровень безопасности и комфортности условий труда. Прообразом таких технологий, в частности, может служить новоавстрийский метод строительства тоннелей (НАТМ), наглядно демонстрирующий возможности получения качественно новых результатов при органическом сочетании фундаментальных знаний о напряженно-деформированном состоянии породного массива с передовой техникой и мониторингом.

В последние годы формируется область, именуемая инновационной деятельностью.

Инновационная деятельность состоит в трансформации научно - технических достижений и опыта в новый (усовершенствованный) технологический процесс, используемый при комплексном освоении недр или продукт, внедренный на рынке сбыта.

Эта деятельность многогранна и включает такие этапы как:

- проектирование, создание концепции производства;

-  организация производства, включая переподготовку персонала;

- маркетинг: приобретение передовых технологий, машин, оборудования, конструкций, патентов, ноу-хау и т.п.

Конечным результатом инновационной деятельности является получение нового технологического процесса (инновационных технологий), используемого при освоении недр или новое качества продукта, реализуемого на рынке сбыта (услуг).

Инновационная технология это совокупный результат инновационной деятельности от зарождения идеи до получения конечного результата, который по своему уровню превосходит существующие показатели и тем самым обеспечивает себе конкурентоспособность на рынке сбыта.

К сожалению, более или менее устоявшееся терминологическое определение третьего научного раздела строительной геотехнологии отсутствует. Были предложения назвать его «Геоникой», но насколько такой термин окажется пригодным, покажет опыт его практического использования и мнение научной общественности.

И, наконец, последний, четвертый, научный раздел строительной геотехнологии изучает комплекс вопросов, связанных с исследованиями и обоснованием методов и способов подготовки массива горных пород при строительстве, реконструкции и восстановлении подземных сооружений в сложных горно-геологических и горнотехнических условиях (замораживание, химическое укрепление, тампонаж, водопонижение, осушение, разупрочнение пород и др.). В горнотехнической литературе эти вопросы объединены терминологическим понятием – управление состоянием массива. Хотя по своему содержанию этот термин несколько шире и подразумевает управление не только свойствами породного массива, но и его состоянием (механическим, газодинамическим и т.д.), на данном этапе он вполне может быть использован для обозначения вышеуказанного раздела строительной геотехнологии.

Список литературы, использованной в лекциях 1 – 3

1. Трубецкой К.Н., Каплунов Д.Р., Чаплыгин Н.Н. Современные горные науки: предмет, содержание и новые задачи. – Горный журнал, 1994. – № 6.

2. Лаверов Н.П., Трубецкой К.Н. О классификации горных наук. – Горный журнал, 1966. – № 1, 2.

3. Ржевский В.В. Проблемы горной промышленности и комплекса горных наук. – МП, Ладья, 1991.

4. Картозия Б.А. Строительная геотехнология как составная часть комплекса горных наук и ее роль в решении проблемы освоения подземного пространства. – Горный информационно - аналитический бюллетень. – 1993. – Вып. 9 – 12.

5. Голубев Г.Е. Подземная урбанистика. - М., Стройиздат, 1979.

6. Картозия Б.А. Корчак А.В. Классификация и критерии оценки сложных горно-геологических условий при строительстве подземных сооружений. Горный информационно-аналитический бюллетень. – 1996. – Вып. 1.

ЛЕКЦИЯ 4_______________________________________ &

МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ «СТРОИТЕЛЬНОЙ ГЕОТЕХНОЛОГИИ» ПРИ ОСВОЕНИИ ПОДЗЕМНОГО ПРОСТРАНСТВА

Закономерности, составляющие научную базу строительной геотехнологии, отражают две различные группы процессов: физические (механические) и технологические (горностроительные). Накопленные в результате многочисленных теоретических и экспериментальных исследований знания об этих процессах еще недостаточно систематизированы. Это обстоятельство затрудняет формулировку фундаментальных закономерностей, присущих строительной геотехнологии как науке.

   Совокупность знаний о механических процессах взаимодействия массива горных пород с конструкциями подземных сооружений составляет теорию об их прочности, устойчивости и долговечности. В ее основе лежат закономерности, позволяющие качественно и количественно оценивать влияние свойств пород, условий строительства и особенностей дальнейшей эксплуатации подземных сооружений на формирование напряженно-деформированного состояния инженерных конструкций. При этом под инженерными конструкциями понимаются не только крепи горных выработок и обделки подземных сооружений, но и окружающие их части массива горных пород, способные выполнять грузонесущие функции.

В качестве примера можно привести закономерности формирования напряженно-деформированного состояния на контакте породного массива с крепью в зависимости от формы поперечного сечения выработки, свойств пород и механического состояния массива, конструктивных особенностей крепей и технологии их возведения. Важную роль в оценке состояния конструкций подземных сооружений играют закономерности (критерии), определяющие условия их устойчивости и долговечности.

К горностроительным процессам относятся выемка, погрузка и транспортировка породы, возведение временных и постоянных инженерных конструкций (крепей, обделок, армировки стволов), управление состоянием массива вмещающих пород (замораживание, химическое укрепление, тампонаж, водопонижение и т.п.), а также возведение надшахтных зданий и сооружений.

   Закономерности и зависимости, характеризующие взаимосвязь горностроительных процессов, в совокупности составляют теоретические основы методологии проектирования методов, способов и технических средств освоения подземного пространства.

Примерами могут служить зависимости:

   - технической производительности проходческих комбайнов от физико-механических свойств пород; скорости бурения шпуров и скважин от их диаметра и крепости пород; времени создания ледопородного ограждения от температуры замораживания; допустимой скорости подъемных сосудов от шага армировки; грузонесущей способности рамной крепи от типоразмера профиля и др.

Строительная геотехнология, как и другие горные науки, изучает комбинации объективных законов природы применительно к искусственно создаваемым системам, в данном конкретном случае – к системе «человек – подземное сооружение – массив горных пород».

Закономерности, устанавливаемые при изучении физических и технологических процессов, представляют собой единые в пространстве и времени комбинации законов природы. Поэтому вполне правомерно говорить о них как об основных объективных технических закономерностях, обусловленных искусственной системой их взаимодействия, в которых реализуются заданные параметры материальных процессов. Подобные закономерности принято называть комбинационными. Количество таких закономерностей адекватно числу условий, в которых функционирует тот или иной технологический процесс.

   Типичной комбинационной закономерностью является взаимосвязь между скоростью проходки ствола, горнотехническими и горнотехнологическими параметрами: диаметром и глубиной ствола, крепостью пород, производительностью погрузочных и подъемных машин, составом проходческой бригады. Аналогичным образом можно выделить закономерности организационного характера, например:

   - зависимость численности работающих в горно-строительной организации от трудоемкости строительных работ за расчетный период; зависимость продолжительности работ от среднегодовой выработки одного рабочего.

   В строительной геотехнологии известны и более сложные виды закономерностей, например, закономерность развития и обновления горностроительной техники и технологии, сущность которой состоит в том, что новая технология проходит три периода развития: период роста объема применения, период стабилизации развития и, наконец, период технической нецелесообразности.

Целью Строительной геотехнологии как науки является изучение объективных закономерностей и взаимосвязей между элементами горностроительной технологии, качественно и количественно характеризующих эксплуатационную надежность подземных сооружений и эффективность процесса их строительства, реконструкции и восстановления.

Главной задачей Строительной геотехнологии следует считать разработку научных рекомендаций, обеспечивающих надежность, безопасность и эффективность реализации технических решений по строительству, реконструкции и восстановлению подземных сооружений.

Объектами изучения Строительной геотехнологии являются подземные сооружения горнодобывающих предприятий и энергетических комплексов, транспортные, гидротехнические, коммунальные тоннели, метрополитены, инженерные сооружения в подземном пространстве городов и другие подземные объекты хозяйственного, социального, экологического и оборонного назначения.

   Предметом изучения Строительной геотехнологии являются процессы взаимодействия конструкций подземных сооружений с массивом горных пород; методы проектирования и расчета конструкций подземных сооружений; способы и средства обеспечения их прочности, устойчивости и долговечности; процессы, способы и методы строительства, реконструкции и восстановления подземных сооружений; способы защиты подземных сооружений от вредных природных и техногенных воздействий; методы организации и управления горностроительными работами и их экономической эффективностью; методы и технические средства обеспечения безопасности работ и комфортности подземного пространства как среды обитания человека; экологические последствия горностроительных работ и меры по сохранению недр и окружающей среды.

Строительная геотехнология как составная часть комплекса горных наук связана с широким кругом естественных, общетехнических и социально-экономических наук. В своем развитии она опирается на знания физики, химии, математики, геологии, теплотехники и термодинамики, экономической теории, социологии и др. Кроме того, ее специфические особенности обусловливают связь со строительной механикой, инженерной геологией, материаловедением, охраной труда, экологией и правом.

Из комплекса горных наук наиболее тесную связь Строительная геотехнология имеет с Геомеханикой, Геотехнологией, Геотехникой. На базе научных знаний, составляющих содержание Строительной геотехнологии, сформировались учебные и научные дисциплины: Механика подземных сооружений и конструкции крепей; Материалы и конструкции подземных сооружений; C троительство и реконструкция горных выработок; Технология строительства подземных сооружений; Горнотехнические здания и сооружения; Тоннели и метрополитены; Подземные гидротехнические сооружения; Городские подземные транспортные сооружения, Освоение подземного пространства и др. Под этими названиями они включены вузами в учебные планы и программы подготовки бакалавров, специалистов и магистров в области освоения подземного пространства. Отдельные разделы перечисленных дисциплин в силу своей значимости и сложности получили углубленное самостоятельное развитие.

К их числу относятся: Бурение стволов, Проектирование и расчет армировки стволов, Специальные способы строительства подземных сооружений, Строительство, ремонт и реконструкция городских подземных сооружений.

ЛЕКЦИЯ 5_______________________________________ &