Оптимизация технологических параметров тампонажных завес городских подземных сооружений на основе теории риска

Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

25.00.22 «Геотехнология (подземная, открытая и строительная)»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ТАМПОНАЖНЫХ ЗАВЕС ГОРОДСКИХ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ НА ОСНОВЕ ТЕОРИИ РИСКА

Борисов Вячеслав Анатольевич

Екатеринбург - 2007

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Половов Борис Дмитриевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Шуплик Михаил Николаевич

кандидат технических наук Светлаков Константин Николаевич

Ведущая организация - Уральский научно-исследовательский институт архитектуры и строительства, ОАО «УралНИИАС»

Защита состоится 29 мая 2007 г. в 15-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.280.02 при Уральском государственном горном университете по адресу: 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Уральского государственного горного университета.

Автореферат диссертации разослан «29 » апреля 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета д-р техн. наук, проф. Багазеев В. К.



ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИ

Актуальность работы. Мировая и отечественная практика свидетельствует о том, что подземные городские сооружения являются единственным реальным средством, позволяющим радикально решить градостроительные, транспортные и коммунальные проблемы урбанизированных территорий. Однако масштабное строительство городских подземных сооружений потребует значительных денежных средств, существенная доля которых расходуется на борьбу с водопритоками и водоотведение. Борьба с притоками грунтовых вод в строящиеся и эксплуатируемые сооружения в условиях плотной городской застройки представляет большие трудности и требует применения специфических мероприятий. Эффективной и широко применяемой мерой защиты подземных сооружений от водопритоков является устройство тампонажных завес. К настоящему времени созданы методики обоснования технологических параметров тампонажа горных пород, базирующиеся на детерминированных моделях, не учитывающих случайный характер фильтрующих массивов и тампонажных жидкостей. Существующий детерминированный подход не позволяет оценить надежность расчетов остаточных притоков воды и риски, сопровождающие выполнение тампонажных работ, следовательно, не позволяет оптимизировать технологические параметры тампонажа. Таким образом, проблема разработки и реализации вероятностных методов оптимизации технологических параметров тампонажных завес является весьма актуальной.

В соответствии с изложенным целью диссертации является разработка и реализация вероятностных методов оптимизации технологических параметров тампонажных завес городских подземных сооружений.

Объект исследований тампонажные завесы городских подземных сооружений.

Предмет исследований методы расчета технологических параметров тампонажных завес.

Основная идея диссертации заключается в оптимизации технологических параметров тампонажных завес с учетом нестабильности исходной информации на основе теории риска.

Основные задачи исследования включают:

1) установление закономерностей распределения случайных свойств фильтрующих массивов и тампонажных жидкостей с разработкой методик определения числовых характеристик распределений;

2) разработку методик вероятностных расчетов технологических параметров тампонажных завес;

3) определение значимых факторов риска, сопровождающих процессы создания тампонажных завес;

4) определение цены рисков по факторам риска;

5) формирование критериев для оптимизации технологических параметров тампонажных завес с учетом совокупности цены рисков.

Методы исследований. В диссертации использован комплекс, включающий обобщение результатов ранее выполненных исследований, вероятностно-статистические методы, математическое и имитационное моделирование. тампонажный завеса фильтрующий распределение

Защищаемые научные положения:

1. Для расчетов сооружаемых тампонажных завес закономерности распределения случайных параметров фильтрующих массивов целесообразно описывать рядом Грамма-Шарлье и экспоненциальным законом, закономерности распределения случайных параметров тампонажных жидкостей нормальным законом.

2. Обязательным условием обоснования рациональных технологических параметров тампонажных завес является количественная оценка значимых факторов риска: несоответствие истинного качества завесы запроектированному; непредусмотренные и неоправданные издержки ресурсов; разрушения или повреждения в зоне тампонажа обделок подземных объектов или их элементов; деформации вмещающего массива и окружающих сооружений; срывы планируемых сроков завершения тампонажных работ и невыполнение контрактных обязательств подрядчиком. Количественные уровни рисков по каждому из факторов следует устанавливать методом Монте-Карло.

3. Оптимальные технологические параметры тампонажных завес должны устанавливаться дифференцированно по стадиям строительства и эксплуатации подземного объекта и противофильтрационной завесы, исходя из совокупности затрат на завесу и цены риска по значимым факторам риска на основе критериев максимума чистого дисконтированного дохода или минимума дисконтированных затрат. В критерии выбора решений вводится дополнительная составляющая затрат на формирование тампонажных завес: расходы на гидродинамические испытания, обусловливающая исключение отдельных факторов риска или перевод их в категорию малозначимых.

Достоверность защищаемых научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается результатами сравнения данных вероятностного анализа с детерминированными расчетами, сходимостью аналитических результатов с данными практики, результатами внедрения.

Научная новизна результатов исследований состоит в создании вероятностных методов оптимизации технологических параметров тампонажных завес, включающих:

имитационное моделирование технологических параметров тампонажных завес и количественную оценку факторов риска;

статистическое оценивание параметров фильтрующих сред и тампонажных жидкостей;

определение закономерностей распределения случайных характеристик фильтрующих массивов и тампонажных жидкостей;

установление значимых факторов и цены факторов риска;

разработку дифференцированных критериев выбора оптимальных параметров тампонажных завес.

Практическая значимость работы заключается в формировании моделей, алгоритмов и программ вероятностных расчетов параметров тампонажных завес.

Реализация результатов работы. Результаты диссертации использованы ООО «Триада-Холдинг». Методика опытных работ по закреплению и уплотнению грунтов способом инъекции на строящейся станции «Торговый центр» Челябинского метрополитена передана ООО «Институт Челябинскдортранспроект». Результаты работы могут быть переданы в ОАО «Уралгипротранс», «УЗПС МЕТРО» (Екатеринбургское муниципальное унитарное предприятие «Управление заказчика по строительству подземных сооружений и метрополитена»), ОАО «Метрострой - ПТС» (г. Екатеринбург), ЗАО «Челябинскметротрансстрой».

Личный вклад автора диссертации заключается в сборе и обобщении материалов, постановке задач исследований, выполнении исследований, формулировании научных положений, выводов и рекомендаций диссертации.

Апробация. Содержание и основные результаты исследований обсуждались на семинарах Уральского отделения Тоннельной ассоциации России (2004, 2006 гг., г. Екатеринбург), семинаре «Гидроизоляция подземных сооружений» (январь 2005 г., г. Москва), Международной конференции «Проектирование, строительство и эксплуатация комплексов подземных сооружений» (2004 г., г. Екатеринбург), Международной конференции «Геомеханика. Механика подземных сооружений» (сентябрь 2006 г., г. Тула), семинаре кафедры шахтного строительства УГГУ (апрель, 2007 г.).

Публикации. Содержание диссертации опубликовано в шести печатных работах.

Структура и объем работы. Работа включает введение, четыре главы, выводы и рекомендации, библиографический указатель из 139 наименований. Объем работы составляет 230 страниц машинописного текста, в том числе 84 таблицы и 60 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Состояние изученности проблемы

Анализ изученности проблемы формирования тампонажных завес городских подземных сооружений выполнен по направлениям: методы прогноза притоков воды в подземные сооружения; тампонажные завесы: классификация, схемы и технология тампонирования; оценка параметров фильтрующих массивов; оценка параметров тампонажных жидкостей; расчет параметров тампонажа; вероятностные подходы в подземной гидродинамике.

Выполненный анализ показал высокую степень изученности перечисленных направлений, значимость и качество полученных результатов. Вместе с тем комплекс задач по обоснованию параметров тампонажных завес решается исключительно в детерминированной постановке. Отдельные попытки придать расчетам тампонажа вероятностный смысл в предположении, «что при установлении исходных данных допущена ошибка в определении того или иного параметра и в выборе диапазонов таких ошибок в пределах, близких к верхнему и нижнему значениям входящих в анализ параметров», следует расценивать только как понимание необходимости получения вероятностных оценок. В плане вероятностного подхода к обоснованию параметров завес требуется конкретизация методик получения статистических данных о фильтрующем массиве и четкие однозначные сведения о закономерностях распределения фильтрационных параметров. Высоко оценивая в целом состояние изученности номенклатуры, составов, параметров тампонажных жидкостей, нельзя не отметить полное отсутствие сведений об их случайных характеристиках и законах распределения.

Анализ вероятностных методов, используемых в подземной гидродинамике, выявил несомненное преимущество метода Монте-Карло. Этот метод по сравнению с детерминированным моделированием, методом случайных функций и другими вероятностными методами моделирования не требует допущений и упрощений, весьма гибок, и его можно привлекать для анализа многих гидродинамических ситуаций. Более того, моделирование методом Монте-Карло может служить единственным средством решения гидродинамических задач с большим числом случайных компонентов при любых законах распределения входных параметров. Очевидным достоинством имитационного моделирования является возможность количественных оценок гидротехнических надежностей или рисков с последующим формированием оптимизационных критериев и моделей.

2. Анализ изменчивости физико-технических свойств фильтрующих массивов и тампонажных жидкостей

Отличительной особенностью исходных данных для вероятностных расчетов параметров тампонажных завес является наличие массивов чисел, статистически характеризующих компоненты расчетных моделей - физико-технические свойства грунтов и тампонажных жидкостей. Для статистического оценивания этих свойств в диссертации используется набор статистик: среднее выборочное, стандарт, асимметрия, эксцесс, центральные моменты пятого и шестого порядков. Эффективным инструментом решения обратной задачи теории фильтрации является метод Монте-Карло (рис. 1).

В условиях высокой изменчивости фильтрующих массивов статистическое оценивание свойств фильтрующих массивов выполняется в два этапа.

Первый этап предусматривает общую оценку изменчивости грунтового массива в плане и по разрезам в границах объекта. Эта оценка в соответствии с ГОСТ 20522-95 Грунты. Методы статистической обработки результатов измерений заключается в статистическом выделении расчетных грунтовых элементов (РГЭ) и формировании расчетной модели объекта. Для уточнения степени однородности участков грунтового массива и выделения границ между статистически однородными участками реализован критерий проф. Д. А. Родионова, широко применяемый в геологической практике, причем в качестве исходного материала однородности используются результаты поинтервальных гидродинамических испытаний, например, расходометрии, выход керна, показатели георадаров и др.

Второй этап состоит в установлении конкретных статистических оценок фильтрационных параметров грунтового массива и закономерностей их распределения, в частности, по критерию согласия 2.

Для реализации методик статистического оценивания свойств фильтрующей среды в силу ограничений на объем диссертации из множества известных отобраны наиболее типичные решения неустановившейся фильтрации, отвечающие особенностям формирования тампонажных завес:

оценка коэффициента проницаемости по данным измерений трещиноватости горных пород;

оценка коэффициентов водопроводимости, фильтрации, пьезопроводности и динамической пористости по данным откачек c постоянным дебитом с понижениями уровней S1, S2 в моменты времени t1, t2;

статистическое оценивание фильтрующего массива в ходе откачек по данным серийных измерений понижений уровней S1, S2, …, Sn в моменты t1, t2, …, tn, в том числе непосредственно с использованием уравнения Ч. Тейса:

где kh - коэффициент водопроводимости; k - коэффициент фильтрации; h - мощность водоносного пласта; Q - дебит; S - понижение уровня воды в момент t; a - коэффициент пьезопроводности; r - расстояние от опытной скважины до наблюдательной или радиус скважины; - (-Ei (-0)) - табулированная «интегральная показательная функция».

Например, если в непосредственной близости от опытной скважины или на ее стенках условие a0 < 0,5 0,1 не выдерживается, для обработки результатов измерений и оценки фильтрационных свойств грунтового массива используется соотношение S1/S2 Ei (-r2 / (4 a t1)) / Ei (-r2 / (4 a t2)), в котором S1, S2, r2, t1, t2 известны. Таким образом, можно найти коэффициент пьезопроводности a. Общепринятый прием поиска решения «подбором» с использованием табличных значений интегральной показательной функции несовместим с методом Монте-Карло, поэтому в диссертации разработана процедура численной реализации. При этом вычисление функции Ei (-r2 / (4 a ti)), i 1, N (здесь N число генераций) выполняется разложением в ряд с заданной точностью 0,000001: - 0,577216 - ln 0 (-1)n (0n+1 / (n! n)). После вычисления коэффициента пьезопроводности находится коэффициент водопроводимости по уравнению: kh (Q / 4 S) Ei (-r2 / (4 a t12)), затем коэффициент фильтрации k и динамическая пористость m ((k / a) - п) / в, здесь - удельный вес воды; п, в - коэффициенты сжимаемости породы и воды, п Eп, в = Eв; Eп, Eв - модули упругости породы и воды. Компоненты h, Q ,S1, S2, t1, t2, r, п, в являются случайными нормально распределенными величинами.

Полный цикл статистического оценивания фильтрационных параметров в рассматриваемой ситуации поясняется примером (табл. 1, 2).

Таблица 1 - Входные данные статистического оценивания фильтрационных параметров

Наименование параметров	Характеристика параметров	Значения детерминированных параметров	Выборочные статистики
			среднее	стандарт
Мощность пласта, м	Случайный	-	100	10
Дебит, м3/с	Случайный	-	0,00125	0,0001
Понижения уровней в наблюдательной скважине
S1, м	Случайный	-	2,000	0,02
S2, м	Случайный	-	4,619	0,07
Время наблюдения:
t1, с	Условно стабильный	1200	-	-
t2, с		1500	-	-
Расстояние от опытной скважины до наблюдательной, м	Случайный	-	200	10
Коэффициент сжимаемости породы, Па-1	Случайный	-	3,010-12	0,3510-13
Коэффициент сжимаемости воды, Па-1	Случайный	-	3,010-10	0,3510-12
Удельный вес воды, Н/м2	Стабильный	10000	-	-

Результаты детерминированных расчетов: коэффициент водопроводимости kh 4,149710-4 м2/с; коэффициент фильтрации k 4,149710-6 м/с; коэффициент пьезопроводности a 9,9878 м2/с; динамическая пористость m 0,0038. В табл. 2 приведены вычисленные массивы kh(i), k(i), a1(i), m1(i), i 1, 135 Размерность массива принята с учетом объема реферата. Для решения практических задач число генерации целесообразно принимать более 3000. и их статистики.

Таблица 2 - Демонстрационные результаты вычислений по уравнению Ч. Тейса

Коэффициент водопроводимости kh, м2/с
0,23E-04 0,25E-04 0,25E-04 0,26E-04 0,29E-04 0,30E-04 0,30E-04 0,30E-04 0,31E-04 0,31E-04 0,32E-04 0,32E-04 0,32E-04 0,33E-04 0,33E-04 0,33E-04 0,33E-04 0,34E-04 0,34E-04 0,34E-04 0,34E-04 0,34E-04 0,35E-04 0,35E-04 0,35E-04 0,35E-04 0,36E-04 0,36E-04 0,36E-04 0,36E-04 0,36E-04 0,36E-04 0,37E-04 0,37E-04 0,37E-04 0,37E-04 0,38E-04 0,38E-04 0,38E-04 0,38E-04 0,39E-04 0,39E-04 0,39E-04 0,39E-04 0,39E-04 0,39E-04 0,39E-04 0,39E-04 0,40E-04 0,40E-04 0,40E-04 0,40E-04 0,40E-04 0,40E-04 0,40E-04 0,40E-04 0,40E-04 0,41E-04 0,41E-04 0,41E-04 0,41E-04 0,41E-04 0,41E-04 0,42E-04 0,42E-04 0,42E-04 0,42E-04 0,42E-04 0,42E-04 0,42E-04 0,42E-04 0,43E-04 0,43E-04 0,43E-04 0,43E-04 0,43E-04 0,43E-04 0,43E-04 0,43E-04 0,43E-04 0,44E-04 0,44E-04 0,44E-04 0,44E-04 0,44E-04 0,44E-04 0,45E-04 0,45E-04 0,45E-04 0,45E-04 0,45E-04 0,45E-04 0,45E-04 0,45E-04 0,46E-04 0,46E-04 0,46E-04 0,46E-04 0,46E-04 0,47E-04 0,47E-04 0,47E-04 0,47E-04 0,47E-04 0,47E-04 0,47E-04 0,47E-04 0,48E-04 0,48E-04 0,48E-04 0,48E-04 0,48E-04 0,49E-04 0,49E-04 0,49E-04 0,49E-04 0,49E-04 0,49E-04 0,50E-04 0,50E-04 0,50E-04 0,50E-04 0,51E-04 0,51E-04 0,52E-04 0,52E-04 0,52E-04 0,52E-04 0,52E-04 0,53E-04 0,54E-04 0,55E-04 0,55E-04 0,59E-04
Среднее 4,16E-05; стандарт 6,88E-06; асимметрия - 0,24; эксцесс - 0,082
Коэффициент пьезопроводности a, м2/с
6,056 6,099 7,129 7,378 7,384 7,433 7,594 7,615 7,804 8,021 8,126 8,215 8,217 8,245 8,267 8,271 8,296 8,363 8,370 8,409 8,439 8,444 8,449 8,470 8,516 8,566 8,579 8,643 8,724 8,757 8,770 8,776 8,820 8,909 8,924 8,925 8,959 8,976 9,033 9,040 9,045 9,119 9,171 9,179 9,286 9,322 9,344 9,347 9,369 9,398 9,446 9,475 9,542 9,603 9,634 9,643 9,644 9,645 9,659 9,737 9,804 9,816 9,823 9,973 9,998 10,009 10,011 10,065 10,103 10,106 10,126 10,153 10,155 10,164 10,189 10,265 10,283 10,284 10,286 10,288 10,291 10,398 10,403 10,417 10,454 10,455 10,487 10,506 10,525 10,578 10,593 10,835 10,860 10,913 11,002 11,006 11,034 11,141 11,183 11,202 11,230 11,260 11,291 11,318 11,485 11,675 11,755 11,756 11,788 11,79011,848 11,871 11,889 11,889 11,967 12,027 12,112 12,193 12,248 12,289 12,428 12,599 12,735 12,798 12,883 12,978 13,116 13,426 13,737 13,785 14,046 14,130 14,183 14,578 14,804
Среднее 10,18; стандарт 1,74; асимметрия 0,411; эксцесс - 0,041
Коэффициент фильтрации k, м/с
0,31E-06 0,32E-06 0,32E-06 0,33E-06 0,33E-06 0,33E-06 0,33E-06 0,33E-06 0,33E-06 0,33E-06 0,34E-06 0,35E-06 0,35E-06 0,35E-06 0,35E-06 0,35E-06 0,37E-06 0,37E-06 0,35E-06 0,36E-06 0,36E-06 0,36E-06 0,36E-06 0,37E-06 0,37E-06 0,37E-06 0,37E-06 0,38E-06 0,38E-06 0,38E-06 0,38E-06 0,38E-06 0,38E-06 0,39E-06 0,39E-06 0,39E-06 0,39E-06 0,40E-06 0,40E-06 0,40E-06 0,40E-06 0,40E-06 0,40E-06 0,41E-06 0,41E-06 0,41E-06 0,41E-06 0,41E-06 0,41E-06 0,41E-06 0,42E-06 0,42E-06 0,42E-06 0,42E-06 0,42E-06 0,43E-06 0,43E-06 0,43E-06 0,43E-06 0,43E-06 0,43E-06 0,43E-06 0,44E-06 0,44E-06 0,44E-06 0,44E-06 0,44E-06 0,44E-06 0,44E-06 0,44E-06 0,45E-06 0,45E-06 0,45E-06 0,45E-06 0,45E-06 0,45E-06 0,46E-06 0,46E-06 0,46E-06 0,46E-06 0,46E-06 0,46E-06 0,47E-06 0,47E-06 0,47E-06 0,47E-06 0,47E-06 0,48E-06 0,48E-06 0,49E-06 0,49E-06 0,49E-06 0,49E-06 0,49E-06 0,49E-06 0,50E-06 0,50E-06 0,50E-06 0,50E-06 0,51E-06 0,51E-06 0,51E-06 0,51E-06 0,51E-06 0,52E-06 0,53E-06 0,53E-06 0,53E-06 0,53E-06 0,53E-06 0,54E-06 0,55E-06 0,55E-06 0,56E-06 0,56E-06 0,57E-06 0,57E-06 0,58E-06 0,59E-06 0,61E-06 0,61E-06 0,65E-06
Среднее 4,24E-07; стандарт 8,46E-08; асимметрия - 0,01; эксцесс - 0,052
Динамическая пористость
0,14E-03 0,18E-03 0,20E-03 0,46E-03 0,46E-03 0,60E-03 0,64E-03 0,75E-03 0,87E-03 0,91E-03 0,11E-02 0,12E-02 0,13E-02 0,15E-02 0,16E-02 0,16E-02 0,19E-02 0,19E-02 0,19E-02 0,20E-02 0,21E-02 0,22E-02 0,23E-02 0,23E-02 0,25E-02 0,30E-02 0,30E-02 0,32E-02 0,33E-02 0,33E-02 0,34E-02 0,35E-02 0,36E-02 0,36E-02 0,37E-02 0,38E-02 0,38E-02 0,38E-02 0,41E-02 0,41E-02 0,42E-02 0,42E-02 0,42E-02 0,43E-02 0,44E-02 0,46E-02 0,46E-02 0,47E-02 0,48E-02 0,48E-02 0,49E-02 0,50E-02 0,50E-02 0,51E-02 0,52E-02 0,53E-02 0,54E-02 0,54E-02 0,54E-02 0,55E-02 0,57E-02 0,60E-02 0,60E-02 0,61E-02 0,61E-02 0,63E-02 0,63E-02 0,64E-02 0,64E-02 0,64E-02 0,65E-02 0,66E-02 0,73E-02 0,73E-02 0,74E-02 0,76E-02 0,77E-02 0,78E-02 0,78E-02 0,80E-02 0,81E-02 0,81E-02 0,82E-02 0,82E-02 0,84E-02 0,86E-02 0,87E-02 0,92E-02 0,92E-02 0,94E-02 0,96E-02 0,97E-02 0,97E-02 0,99E-02 0,10E-01 0,10E-01 0,11E-01 0,11E-01 0,11E-01 0,11E-01 0,11E-01 0,11E-01 0,11E-01 0,12E-01 0,12E-01 0,13E-01 0,14E-01 0,14E-01 0,15E-01 0,15E-01 0,17E-01
Среднее 5,86E-03; стандарт 3,73E-03;асимметрия 0,55; эксцесс - 0,29
Примечание. Массивы случайных значений и статистики коэффициентов водопроводимости, пьезопроводности, фильтрации и пористости получены после двойной отбраковки.

Сравнительная оценка распределения рассматриваемых фильтрационных параметров (с использованием нормального, логнормального, Грамма-Шарлье, Эджворта, экспоненциального, Рэлея, Вейбулла законов) по критерию 2 показала целесообразность использования законов Грамма-Шарлье и экспоненциального закона, очевидность чего подтверждается характерными гистограммами (рис. 2).

Рис. 2. Гистограммы распределений случайных значений фильтрационных параметров: а - коэффициента водопроводимости; б,- коэффициентов пьезопроводности; в - коэффициента фильтрации; г - динамической пористости

Отсутствие сведений о случайных характеристиках и законах распределения параметров тампонажных жидкостей предопределило настоятельную необходимость разработки специальной методики их статистического оценивания. Учитывая новизну, перспективность и универсальность применения, для исследований были выбраны суспензии «Микродура» - особо тонкодисперсного вяжущего. В аналитической форме течение суспензий (структурных вязко-пластичных жидкостей) описывается линейным уравнением Шведова-Бингама 0 с dv / dn, здесь - напряжение сдвига; 0 - динамическое напряжение сдвига; с - динамическая вязкость жидкости; dv / dn vg - градиент скорости. Для получения выборочных данных, определяющих константы 0 и с, использовался реовискометр Хеплера. Результаты статистического оценивания приведены в табл. 3. В табл. 4 указаны коэффициенты корреляции зависимостей 0 с vg и показатели, характеризующие параметры суспензий «Микродура», вычисленные с односторонней доверительной вероятностью 0,975.

Итогами проведенных исследований по главе 2 являются:

1 - разработка и реализация методики получения статистических оценок при решении обратной задачи фильтрации по методу Монте-Карло и статистических оценок параметров тампонажных жидкостей;

2 - обоснование целесообразности перехода к универсальному закону распределения Грамма-Шарлье и экспоненциальному распределению для характеристики пористости массива, коэффициентов водопроводимости, пьезопроводности, фильтрации; нормального закона распределения параметров вязко-пластичных суспензий, а при 0 0 вследствие очевидного условия 0 0 - одностороннего нормального закона.

Таблица 3 - Динамические напряжения сдвига и вязкости суспензий «Микродура»

Состав, В : М по весу	Динамическое напряжение сдвига, Н/м2	Динамическая вязкость, Нс/м2 (спз)	Стандарты
			динамическое напряжение сдвига, Н/м2	Динамическая вязкость, Нс/м2 (спз)
Марка RF (удельная поверхность 12000 см2/г)
0,75 : 1	2,0810-3	19,0 10-3 (19,0)	4,7210-4	2,5110-3 (2,51)
1 : 1	0,2510-3	5,710-3 (5,7)	2,6810-4	0,8010-3 (0,80)
1,5 : 1	0,0310-3	4,010-3 (4,0)	2,3110-4	0,4310-3 (0,43)
2 : 1	0,0110-3	2,210-3 (2,2)	1,7710-4	0,2910-3 (0,29)
Марка RU (удельная поверхность 16000 см2/г)
0,75 : 1	2,6810-3	27,910-3 (27,9)	1,8910-4	1,7910-3 (1,79)
1 : 1	1,1310-3	9,110-3 (9,1)	0,7810-4	0,3510-3 (0,35)
1,5 : 1	0,1810-3	5,910-3 (5,9)	1,6010-4	0,4010-3 (0,40)
2 : 1	0,0510-3	3,110-3 (3,1)	1,7410-4	0,2210-3 (0,22)
Марка RX (удельная поверхность 24000 см2/г)
0,75 : 1	9,5610-3	267,710-3 (267,7)	3,9710-4	27,0610-3 (27,06)
1 : 1	1,5810-3	43,810-3 (43,8)	0,6510-4	1,7410-3 (1,74)
1,5 : 1	0,8110-3	7,210-3 (7,2)	1,0810-4	0,3510-3 (0,35)
2 : 1	0,4210-3	3,910-3 (3,9)	0,6010-4	0,1410-3 (0,14)
Примечание. 1 - динамическая вязкость воды составляет 1 спз (сантипуаз); 2 - динамическая вязкость суспензий «Микродура» концентрации В : М 3 : 1 может быть принята равной динамической вязкости воды; динамическое напряжение сдвига равно нулю. Седиментация этих суспензий без проведения дополнительных мероприятий превышает 5 %; 3 - удельная поверхность «Микродура» RX, измеренная методом низкотемпературной адсорбции азота (с использованием аппаратуры Sortby-1750 фирмы Carlo Erba, Италия), составила 39000 см2/г, т.е. в 1,625 раз больше гарантированной фирмой-производителем.

Таблица 4 - Коэффициенты корреляции зависимости 0 с vg, коэффициенты вариации динамического напряжения сдвига и динамической вязкости суспензий «Микродура»

Состав, В : М, по весу	Коэффициенты корреляции зависимости 0 с vg	Коэффициенты вариации
		0	с
RF
0,75 : 1	0,903	0,227	0,132
1 : 1	0,913	0,107	0,140
1,5 : 1	0,931	-	0,108
2 : 1	0,932	-	0,132
RU
0,75 : 1	0,971	0,070	0,064
1 : 1	0,993	0,690	0,038
1,5 : 1	0,976	-	0,068
2 : 1	0,913	-	0,071
RX
0,75 : 1	0,948	0,041	0,101
1 : 1	0,992	0,041	0,040
1,5 : 1	0,986	0,133	0,049
2 : 1	0,990	0,143	0,036

3. Технологические параметры тампонажных завес

В диссертации выполнен вероятностный анализ мощности и глубины завес, радиусов инъекции, продолжительности, рабочих давлений и дебитов нагнетания для зажимного и циркуляционного (полуциркуляционного) способов, предельных давлений нагнетания, схем размещения тампонажных скважин, расстояний между скважинами, очередности нагнетания. Мерой эффективности принимаемых технических решений является уровень риска - вероятность получения негативного результата. Оценка уровней рисков выполнена по методу Монте-Карло (рис. 3).

Вероятностный анализ мощности и глубины тампонажных завес проведен в диссертации по четырем известным моделям на примерах, отражающих конкретные гидродинамические ситуации: контурная совершенная завеса котлована (предварительный тампонаж напорного водоносного пласта), отвечающая гидродинамической схеме «большого колодца»; кольцевая завеса ствола (последующий тампонаж); линейная завеса совершенного типа (предварительный тампонаж в безнапорном водоносном пласте); линейная несовершенная завеса в напорном водоносном пласте. В рассматриваемых ситуациях влияние мощности и глубины завес определяется качеством завесы - величиной остаточного притока воды в подземное сооружение. Пример вероятностного анализа выполнен для схемы «большого колодца»:

Q (2,7 h He) / (kт-1 lg (rт rп-1) k -1lg (R(t) rт-1) ); R(t) (a t)1/2; M rт-rп,

где Q - остаточный или допустимый приток воды в сооружение; h - глубина завесы; He - напор в водоносном пласте; rп - радиус «большого колодца» - приведенный внутренний радиус котлована (в плане) квадратной, прямоугольной или неправильной формы с соотношением длины к ширине менее 10 : 1: kт - коэффициент фильтрации затампонированных грунтов; k - коэффициент фильтрации грунтового массива; R(t) - радиус влияния дренажа выработки; a - коэффициент пьезопроводности; t - время от начала дренирования; M -мощность завесы.

В табл. 5. приведены исходные данные для вероятностного анализа с использованием нормального и Грамма-Шарлье распределений, в табл. 6 - полученные результаты. Варианты тампонажных завес с рисками затопления котлована менее 0,2, подлежащие экономическому анализу, в табл. 6 выделены курсивом. Детерминированное значение притока составляет 129,7 м3/сут.

Генерация входных случайных чисел, распределенных по закону Грамма-Шарлье, выполнена численным методом (скорость генерации 50 случайных чисел Rу в секунду) с использованием соотношений:

где , s, A, E - среднее выборочное, стандарт, асимметрия и эксцесс; Rн -равномерно распределенное случайное число, вырабатываемое датчиком ЭВМ.

В целом результаты исследований мощности и глубины тампонажных завес, выполненные в условиях риска, позволяют сделать следующие выводы: 1 - водоприток через завесу уменьшается с возрастанием мощности завесы по гиперболической зависимости, поэтому повышение мощности завес не всегда является технически оправданным средством борьбы с обводнением городских подземных сооружений; 2 - существенное влияние на мощность завес оказывает качество тампонажа, выражающееся коэффициентом фильтрации протампонированной зоны. Следует отметить целесообразность применения суспензий «Микродур», разумеется, с учетом результатов экономического обоснования; 3 - устройство несовершенных завес с глубиной, составляющей 2/3 от мощности водоносного пласта, не обеспечивает приемлемого снижения водопритоков; 4 - эффективной мерой является повышение водонепроницаемости обделки объекта, в частности, для обделок вертикальных стволов снижение коэффициента фильтрации с 0,005 до 0,001 м/сут сопровождается уменьшением остаточных водопритоков в 1,8 4,8 раза.

Вероятностный анализ технологических параметров тампонажных завес выполнен для способов последовательного и группового нагнетания в режимах постоянного дебита, постоянного давления, боковой и донной схем нагнетания ньютоновских и неньютоновских тампонажных жидкостей в пористых и трещиноватых однородных и анизотропных грунтах. Особенности статистического моделирования технологических параметров тампонажа поясняются на модели бокового нагнетания вязко-пластичной жидкости в трещиноватый грунт, разработанной проф. И. И. Вахромеевым:

где - коэффициент, 81,6 / A; A - опытный коэффициент, 110 A 115; B 0 / с; C1 0,5 m b0; b0 - среднее раскрытие трещин, b0 4,83 (Kп m2,1)1/2; Kп - коэффициент проницаемости.

Исходные данные для вероятностного анализа указаны в табл. 7.

Таблица 5 - Исходные данные для расчета водопритоков через совершенную завесу котлована по схеме «большого колодца»

Наименование и размерность параметра	Характеристика параметра	Значения детерминированных параметров	Выборочные статистики
			среднее	стандарт	асимметрия	эксцесс
Напор, м	Случайный	-	20	4	-	-
Глубина завесы, м	Случайный	-	15	3	-	-
Коэффициент пьезопроводности, м2/сут	Случайный	-	4107	4106	-	-
Коэффициент фильтрации, м/сут	Случайный	-	10	4	1,5	4
Коэффициент фильтрации в затампонированной зоне, м/сут	Случайный, варьируемый	-	1,0	0,4	0,5	2
		-	0,1	0,04	0,5	2
		-	0,01	0,004	0,5	2
Приведенный радиус , м	Стабильный	50	-	-	-	-
Время дренирования, сут	Стабильный	10	-	-	-	-
Допустимый приток, м3/сут	Стабильный	30	-	-	-	-
Примечание: Варьируемые значения коэффициентов фильтрации kт отвечают результатам тампонажа обычными цементными суспензиями с удельной поверхностью 3 м2/г, суспензиями на вибродомолотых цементах с удельной поверхностью 5 м2/г, суспензиями «Микродура» с удельной поверхностью 24 м2/г .

Таблица 6 - Результаты моделирования водопритоков в котлован в зависимости от мощности тампонажной завесы

Мощность завесы, м	Приток воды через завесу, м3/сут
	Детерминированный расчет	вероятностный расчет
		среднее выборочное / риск	с риском 20 %	с риском 10 %	с риском 5 %	риск затопления котлована
Коэффициент фильтрации протампонированной зоны 1,0 м/сут
3	119,3	107,3 / 0,356	155,4	186,9	246,5	0,978
9	103,9	90,1 / 0,378	124,6	156,6	205,9	0,970
15	93,0	79,5 / 0,400	106,2	136,5	187,3	0,970
Коэффициент фильтрации протампонированной зоны 0,1 м/сут
3	66,1	55,9 / 0,415	73,2	99,9	116,9	0,822
6	45,2	38,5 / 0,393	56,0	67,7	86,1	0,585
9	34,7	29,9 / 0,385	41,2	52,7	65,1	0,385
12	28,5	24,7 / 0,383	34,9	44,2	51,4	0,274
15	24,3	21,2 / 0,400	29,6	38,6	43,1	0,193
Коэффициент фильтрации протампонированной зоны 0,01 м/сут
3	12,1	10,8 / 0,400	15,1	19,8	22,1	0,148
6	6,5	5,9 / 0,430	8,4	10,9	12,1	0,000
9	4,5	4,1 / 0,422	5,9	7,6	8,7	0,000
12	3,5	3,2 / 0,422	4,6	5,9	6,7	0,000
15	2,9	2,6 / 0,415	3,8	4,7	5,9	0,000

Таблица 7 - Данные для вероятностного расчета радиусов инъекции вязко-пластичной жидкости по схеме бокового нагнетания

Обозначение параметров	Размерность	Характеристика параметра	Значения постоянных параметров	Закон Распределения	Выборочные статистики
					среднее выборочное	стандарт	асимметрия	эксцесс
PR	МПа	Ver	-	N	1,6	0,12	-	-
h	м	Ver	-	N	15	1	-	-
P0	МПа	Ver	-	N	6,5	0,13	-	-
Kп	м2	Ver	-	GS	1,15710-12	1,73610-13	- 1,5	3,0
с	Нсм-2	Ver	-	N	0,022	0,002	-	-
0	Нм-2	Ver	-	N	0,46	0,1	-	-
	Нм-3	Ver	-	N	13000	1000	-	-
Q	м3с-1	Ver	-	N	6,94410-4	2,89410-5	-	-
M	-	Ver	-	N	0,05	0,005	-	-
r0	М	const	0,05	-	-	-	-	-
Примечание. Ver, const - вероятностные и детерминированные параметры, соответственно, N - нормальное распределение, GS - распределение Грамма-Шарлье.

В табл. 8 приведены демонстрационные результаты моделирования радиусов инъекции, в табл. 9 - поинтервальные вероятности для массива радиусов инъекции вязко-пластичной жидкости в границах вариационного размаха от Rmin 0,3 м до Rmax 1,424 м, на рис. 4 - гистограмма и статистики распределения радиусов, на рис. 5 - связь между рисками и радиусами инъекции.

Предельное давление нагнетания - важнейший технологический параметр, определяющий эффективность инъекции грунтов в режимах пропитки, гидроразрыва, а также в зонах расположения инженерных конструкций, зданий и сооружений. Риск-анализ предельного давления нагнетания, выполняемый методом Монте-Карло, устраняет субъективность и неопределенность при принятии решения, создает предпосылки реализации принципа оптимальной экономической безопасности. В вероятностной постановке условие вычисления риска превышения предельного давления выражается неравенством Pпрд / P0< 1, здесь P0, Pпрд - рабочее и предельное давления нагнетания. Принцип оценки риска поясняется демонстрационными данными статистического моделирования, приведенными в табл. 10.

Таблица 8 - Отсортированные радиусы инъекции, полученные методом Монте-Карло

Радиус инъекции, м
0,30 0,35 0,36 0,36 0,37 0,38 0,39 0,39 0,40 0,40 0,40 0,40 0,41 0,42 0,43 0,43 0,45 0,45 0,46 0,46 0,46 0,47 0,47 0,47 0,47 0,47 0,48 0,48 0,48 0,48 0,49 0,49 0,49 0,49 0,50 0,50 0,50 0,51 0,51 0,52 0,52 0,53 0,54 0,54 0,54 0,54 0,55 0,55 0,55 0,55 0,55 0,56 0,56 0,56 0,56 0,57 0,57 0,58 0,58 0,58 0,59 0,59 0,59 0,60 0,62 0,63 0,63 0,63 0,63 0,63 0,64 0,65 0,65 0,65 0,66 0,66 0,66 0,66 0,66 0,66 0,67 0,67 0,67 0,68
0,68 0,68 0,68 0,68 0,68 0,68 0,69 0,69 0,69 0,69 0,70 0,70 0,72 0,73 0,74 0,74 0,75 0,77 0,77 0,77 0,77 0,78 0,78 0,78 0,80 0,81 0,81 0,81 0,83 0,86 0,86 0,87 0,87 0,89 0,91 0,91 0,92 0,93 0,93 0,94 0,96 0,97 1,01 1,06 1,07 1,14 1,16 1,22 1,39 1,42

Таблица 9 - Поинтервальные вероятности для массива радиусов инъекции

Интервал	Вероятность попадания в интервал	Интервал	Вероятность попадания в интервал
номер	границы, м		номер	границы, м
1	0,300 0,352	0,007	11	0,860 0,916	0,045
2	0,352 0,409	0,082	12	0,916 0,973	0,045
3	0,409 0,465	0,067	13	0,973 1,092	0,007
4	0,465 0,522	0,149	14	1,092 1,086	0,015
5	0,522 0,578	0,127	15	1,086 1,142	0,007
6	0,578 0,634	0,082	16	1,142 1,198	0,007
7	0,634 0,691	0,172	17	1,198 1,255	0,007
8	0,691 0,747	0,067	18	1,255 1,311	0,000
9	0,747 0,804	0,052	19	1,311 1,368	0,000
10	0,804 0,860	0,045	20	1,368 1,424	0,015

Рис. 4. Гистограмма распределения радиуса инъекции вязко-пластичной жидкости: Rср0,649; SR0,205; AR1,166; ER1,824



Рис. 5. Связь между рисками и радиусами инъекции

Таблица 10 - Отсортированные показатели Pпрд /P0, полученные методом Монте-Карло

Pпрд / P0
0,694 0,729 0,812 0,818 0,849 0,857 0,877 0,889 0,893 0,918 0,942 0,945 1,030 1,053 1,096 1,126 1,136 1,168 1,170 1,185 1,250 1,251 1,260 1,270 1,294 1,307 1,315 1,325 1,343 1,365 1,380 1,416 1,419 1,451 1,462 1,465 1,475 1,482 1,510 1,515 1,556 1,558 1,565 1,588 1,596 1,603 1,650 1,653 1,671 1,677 1,691 1,695 1,712 1,712 1,746 1,759 1,762 1,771 1,784 1,785 1,828 1,838 1,843 1,843 1,844 1,874 1,922 1,926 2,006 2,010 2,028 2,061 2,062 2,100 2,111 2,114 2,116 2,125 2,153 2,158 2,171 2,179 2,189 2,190 2,308 2,309 2,325 2,379 2,389 2,424 2,435 2,445 2,446 2,467 2,487 2,501 2,523 2,600 2,607 2,673 2,747 2,850 2,945 2,986 3,043 3,180 3,189 3,232 3,245 3,356 3,495 3,563 3,607 3,651 3,667 3,890 3,929 4,122 4,282 4,659 5,129 5,163 5,389 5,632 6,720 6,885 7,059 7,996 10,334 10,950 11,508 14,991 22,853 54,637

Уровень риска по фактору превышения предельного давления, согласно табл. 10 составляет 12 / 134 0,0896, надежность 0,9104.

Вероятностный анализ схем размещения тампонажных скважин в завесе является универсальным средством поиска рационального расположения скважин. Он позволяет найти разумный экономический компромисс между двумя альтернативами: обеспечение плотности завесы в результате смыкания полей инъекции, создаваемых вокруг каждой тампонажной скважины; исключение попадания вновь буримых скважин в ранее протампонированную область. На рис. 6 приведен пример расчетной схемы, а в табл. 11 данные вероятностного анализа расположения скважин в линейной тампонажной завесе.

Исследования, выполненные в главе 3, составили необходимую ранее отсутствовавшую базу для повышения качества формирования противофильтрационных завес. Вероятностный подход объясняет причины резкого несоответствия, наблюдаемого на практике между расчетными показателями и фактическими результатами, в частности, разброс результатов тампонирования в пределах завесы, возможность возникновения «окон», утечек тампонажных жидкостей, перерасхода ресурсов. В результате выполненных исследований установлены основные факторы риска и разработаны имитационные методики количественной оценки факторов, сопровождающих строительство и эксплуатацию тампонажных завес городских подземных сооружений: превышение нормируемого остаточного притока воды, подтопление и затопление строящегося или эксплуатируемого объекта; перерасход тампонажных материалов; завышенный объем буровых работ; разрушение или повреждение обделок подземных сооружений или их элементов; деформации вмещающего массива, зданий и сооружений, расположенных непосредственно в зоне производства тампонажной завесы или вблизи ее; увеличение сроков выполнения тампонажных работ.



Таблица 11 - Риски инъекции и риски попадания вновь буримых скважин в эллипс инъекции

Интервал	Риск инъекции	Параметры Эллипса инъекции, м	Расстояние от скважины до границы эллипса инъекции по оси ряда, м	Расстояние между скважинами первой и второй очередей,м	Риск попадания скважины в поле инъекции
		a	B
1 2 3 …	0,150 0,361 0,451 …	0,955 1,543 2,132 …	0,478 0,772 1,066 …	0,530 0,856 1,182 …	1,008 1,629 2,250 …	0,090 0,098 0,045 …

4. Оптимизация технологических параметров тампонажных завес

Составляющими современной теории риска, помимо изучения факторов риска и методов оценки риска, являются: определение цены риска, нормирование риска, управление риском. Полная цена риска для тампонажных завес определяется исходя из совокупности частной цены рисков по каждому из установленных факторов риска. Частная цена рисков равна произведению уровня риска на потенциальный ущерб, характеризующий непроизводительные затраты исполнителя работ или убытки заказчика при эксплуатации построенного подземного объекта (с учетом принципа «финансового запаса»).

Среди рассмотренной совокупности факторов риска наибольшие затруднения возникают при определении цены риска превышения нормативного или недопустимого водопритоков. Остаточный или недопустимый притоки воды сопровождаются ущербами в результате непроизводительных затрат на откачку, агрессивных воздействий воды на конструкции подземного сооружения, ухудшения санитарного состояния внутренних помещений. Суммарное количество поступающей воды устанавливается по результатам вероятностного анализа водопритоков через завесу с учетом формы завесы, расположения тампонажных скважин в завесе, порядка и способов тампонирования. Методика определения цены этого риска включает: 1 - формирование методом Монте-Карло шкалы границ (радиусов инъекции) и соответствующих им интервалов и поинтервальных рисков; 2 - вариантное определение числа тампонажных скважин; 3 - определение суммарной длины «окон» (незатампонированных участков завесы) в соответствии с числом интервалов и границами интервалов; 4 - генерацию массива вероятных водопритоков через «окна»; 5 - генерацию массива вероятных водопритоков через тело завесы; 6 - суммирование водопритоков (пример в табл. 12); 7 - фиксацию составляющих ущербов от водопритока; 8 - вычисление цены риска с учетом фактора времени, например, по формуле



где Собв - цена риска;. Уобв i - составляющие ущерба, i 1, n; Qнорм - нормируемый остаточный водоприток; t - время строительства объекта с момента завершения завесы; E - норма, учитываемая при дисконтировании затрат и доходов инвестора или строительной организации.

Таблица 12 - Оценка водопритоков через линейную тампонажную завесу в зависимости от задаваемых радиусов инъекции

Радиус, инъекции Rj, м	Число скважин, Nc	Водоприток на объект, м3/сут
		приток через «окна», Q1С	приток через завесу, Q2С	общий, Qсум
- 1,709 2,352 2,975 3,909	- 390 282 224 171	276,60 - 3,36 22,50 68,93	- 84,08 83,07 77,25 63,14	276,60 84,08 86,43 99,75 132,07
Принимая для однорядной завесы вероятность P1 Qсум 1 / 276,6, для двухрядной линейной завесы показатели надежности W2 и риска P2 составят: W2 2(1-0,477)-(1- -0,477)20,772; P21-0,7720,228. Остаточный водоприток через двухрядную завесу составит: Qсум 2276,6 0,22863,1 м3/сут. Аналогично для трехрядной завесы: W30,891, P30,109, Qсум 3 276,6 0,109 30,1 м3/сут.

Разработанная методика определения цены рисков с незначительными изменениями применима к другим ситуациям: в частности, к расчету цены рисков затопления и от водопритоков в стадии эксплуатации сооружения для контурных завес, устраиваемых в анизотропных массивах; для кольцевых завес; для вероятностной оценки увеличения объемов бурения тампонажных скважин и перерасхода тампонажных жидкостей.

Для определения цены рисков по факторам «разрушение или повреждение обделок подземных сооружений или их элементов», «деформации вмещающего массива», «деформации зданий и сооружений, расположенных непосредственно в зоне производства тампонажной завесы или вблизи ее» целесообразно использовать соотношение:



где P1, P2, P3 - уровни рисков, определяемые по методике, разработанной в диссертации; У1t, У2t, У3t - ущербы по факторам риска (устанавливаемые, в частности по «Правилам охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок ВНИМИ); t1, t2, t3, - сроки локализации ущербов; tт - время начала тампонажных работ.

В связи с многообразием условий возведения тампонажных завес в диссертации использованы стандартные критерии выбора решений в современной рыночной трактовке (ЧДД - чистый дисконтированный доход, СДЗ -суммарные дисконтированные затраты, горизонт расчета 120 мес.): максимум чистого дисконтированного дохода инвестора; максимум чистого дисконтированного дохода подрядчиков с оплатой выполненных работ по договорной цене; минимум дисконтированных затрат строительной организации, сооружающей завесу за счет собственных средств; определение параметров завес по фактору времени.

Важная особенность критериев - внесение затрат на гидродинамические испытания фильтрующего массива, что позволяет исключить отдельные факторы рисков или перевести их в категорию малозначимых (например, риск превышения предельного давления нагнетания и перерасхода материалов, вызванный неверной оценкой высоты обрабатываемых зон).

Составляющие «совокупная цена рисков» и «затраты на возведение тампонажной завесы» в этих критериях имеют вид:



где Cобв t - цена риска превышения нормируемого водопритока; Cзат t - цена риска затопления; Cбур t - цена риска превышения планируемых объемов бурения; Vt - цена риска перерасхода тампонажной жидкости; Dп t, Dздис t, Dкон t - цена рисков деформации поверхности, зданий и сооружений, конструкций подземного объекта; T t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 ; T1 t1 t2 t3 t4; t1, t2, t3, t4, t5, t6, t7 - продолжительность локализации аварийных ситуаций по факторам риска; tнзв tкзв - планируемое время начала и завершения строительства завесы; Зисп, Зб, Зт, Звсп - планируемые затраты на гидравлические испытания, бурение скважин, тампонаж и вспомогательные операции.

При решении практических задач оптимизации из комплекса рассмотренных критериев целесообразно исключить малозначащие составляющие. С этой целью рекомендуется использовать следующие приемы: взаимное сопоставление составляющих критериев в денежной форме; общий анализ погрешностей технико-экономического моделирования; оценку чувствительности полученных решений, характеризуемую производной по параметру модели при условии, что другие параметры являются константами; определение чувствительности составляющих модели со случайными параметрами методом Монте-Карло, исходя из шкалы границ и уровней рисков.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является законченной научно-квалификационной работой, в которой решена задача оптимизации технологических параметров тампонажных завес на основе теории риска, имеющая существенное значение для строительства городских подземных сооружений.

Основные результаты диссертации состоят в следующем:

1. Установлено, что случайные параметры фильтрующих массивов целесообразно описывать законом Грамма-Шарлье и экспоненциальным законом, а случайные параметры тампонажных жидкостей - нормальным законом.

2. Разработана и реализована методика вероятностно-статистической оценки реологических параметров тампонажных жидкостей, в том числе для суспензий особо тонкодисперсных вяжущих (ОТДВ «Микродур»).

3. Определены значимые факторы риска, сопровождающие формирование и эксплуатацию тампонажных завес городских подземных сооружений: несоответствие истинного качества завесы запроектированному; непредусмотренные и неоправданные издержки ресурсов; разрушения или повреждения в зоне тампонажа обделок подземных объектов или их элементов; деформации вмещающего массива и окружающих сооружений; срывы планируемых сроков завершения тампонажных работ и невыполнение контрактных обязательств подрядчиком.

4. Разработаны методики количественной оценки уровней риска по методу Монте-Карло с генерацией случайных параметров фильтрующих массивов и тампонажных жидкостей по законам Грамма-Шарлье, экспоненциальному, нормальному и усеченному нормальному законам, в частности, при расчетах мощности, глубины кольцевых и линейных завес, радиусов инъекции, предельных давлений нагнетания, схем размещения тампонажных скважин и порядка тампонирования.

5. Разработана методика определения цены риска по значимым факторам, предусматривающая реализацию количественных значений риска, найденных методом Монте-Карло, и потенциальных ущербов, устанавливаемых с соблюдением принципа «финансового запаса».

6. Сформированы системы критериев оптимизации параметров тампонажных завес, дифференцированные по стадиям строительства и эксплуатации подземных объектов и противофильтрационных завес исходя из совокупности затрат на завесу и цены риска по значимым факторам риска на основе критериев максимума чистого дисконтированного дохода или минимума дисконтированных затрат по месячным или квартальным нормам дисконта.

7. Разработаны модели, алгоритмы и программы вероятностных расчетов параметров тампонажных завес.

Вероятностный анализ параметров тампонажных завес реализован в пакете из 18 прикладных программ.

8. Результаты диссертации использованы ООО «Триада-Холдинг». Методика опытных работ по закреплению и уплотнению грунтов способом инъекции на строящейся станции «Торговый центр» Челябинского метрополитена передана ООО «Институт Челябинскдортранспроект». Результаты работы могут быть переданы в ОАО «Уралгипротранс», «УЗПС МЕТРО» (Екатеринбургское муниципальное унитарное предприятие «Управление заказчика по строительству подземных сооружений и метрополитена»), ОАО «Метрострой - ПТС» (г. Екатеринбург), ЗАО «Челябинскметротрансстрой.



ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

Статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК:

1. Половов Б. Д., Борисов В. А. Вероятностный анализ параметров тампонажных завес // Известия вузов. Горный журнал. - 2004. - № 1. - С. 18 25.

2. Борисов В. А. Основные положения методики проектирования тампонажных завес на основе теории риска // Известия Тульского государственного университета. Серия «Геомеханика. Механика подземных сооружений». Вып. 4. - Тула: Издательство ТулГУ, 2006. - С. 28 34.

Статьи, опубликованные в других научно-технических журналах и материалах конференций:

1. Борисов В. А. Опыт применения дренажной системы «DELTA»; Труды международной конференции «Проектирование, строительство и эксплуатация комплексов подземных сооружений». - Екатеринбург: Издательство УГГГА, 2004. - С. 109.

2. Борисов В. А., Половов Б. Д. Расчет тампонажных завес городских подземных сооружений на основе метода Монте-Карло // Семинар «Гидроизоляция подземных сооружений». Москва, 25 26 января 2005 г. Экспоцентр на Красной Пресне. - М.: Тоннельная Ассоциация России, 2005. - С. 86 96.

3. Борисов В. Гидроизоляция сооружения - это система! // Новый уральский строитель. - 2005. - № 4. - С. 59, 60.

4. Борисов В. А. «Микродур» - эффективное вяжущее для улучшения свойств грунтов, ремонта бетонных и каменных конструкций // Новый уральский строитель. - 2006. - № 9. - С. 61 62.

Размещено на Allbest.ru