Данные о грунте

Являясь очевидными факторами безопасности труда, методы получения данных о грунте выработок могут включать в себя картографию с применением инфракрасного излучения, радиолокационные изображения, фотографирование в ходе бурения, чтобы исключить отбор кернов, геофизические исследования, позволяющие получить точные данные о геологической обстановке вокруг скважин и т. д.

Так как такие методы замедляют производство работ, были предложены другие методы исследования пород. Они заключаются в бурении, параллельно основному тоннелю, небольших разведочных штолен или в зондировании пород, расположенных впереди лба забоя, при помощи волн, которые могут испускать и сами горнопроходческие машины.

Механическая прочность, трещиноватость, изменчивость и проницаемость встречаемых пород являются основными характеристиками, определяющими выбор методов строительства тоннелей, в частности, способа проходки, и выбор мероприятий по технике безопасности, которые из них вытекают.

Механическая прочность. Механическую прочность нельзя выразить математически вследствие неоднородности грунта. Поэтому появляются расхождения у разных авторов в данных, приводимых для пород того же названия (табл. 5).

Таблица 5. Классификация грунтов, разработанная французской ассоциацией подземных работ (ФАПР)
Категория породы Прочность пород Грунты Прочность при одноосевом сжатии, МПа
R 1 Очень высокая прочность Кварциты и базальты высокой прочности > 200
R2a Высокая прочность Очень прочные граниты, порфиры, песчаники и известняки очень высокой прочности От 200 до 100
R2b Граниты, песчаники и известняки высокой степени устойчивости, мраморы, доломиты, компактные конгломераты От 160 до 120
R3a Средняя прочность Обычные песчаники, кремнистые сланцы и сланцевые песчаники, гнейсы От 60 до 40
R3b Глинистые сланцы, песчаники и известняки средней прочности, компактные мергели От 40до 20
R4 Малая прочность Слабые или сильно трещиноватые сланцы и известняки, сильно трещиноватые и мергелистые песчаники, слоистые конгломераты, мел От  20 до 6
R5a Очень малая прочность, связанные уплотненные почвы Песчаные и глинистые мергели, мергелистый песок, измененные гипсы и мелы От 6 до 0,5
R5b Наносы, содержащие гравий, суглинки нормально уплотненные < 0,5
R6a Пластические или малоуплотненные почвы Измененные мергели, настоящие глины, суглинки, тонкие иглы
R6b Торфы, слабо уплотненные иглы, мелкие сыпучие пески

Трещиноватость. Причиной трещиноватости пород являются разрывы, наиболее крупные из которых расположены в плоскостях, параллельных оси выработки или с небольшим углом наклона к ней.

Изменение пород. Состояние изменения породы зависит от двух параметров:
специфическая поверхность, определяемая как поверхность, на единицу объема породы, ширина микротрещин, которая варьируется от доли микрона до десяти микрон;
специфическая реактивность, которую можно измерить, фильтруя воду через образец породы и определяя концентрации ионов в последовательных слоях фильтрата.

Напомним, что фильтрат — отфильтрованная жидкость, в которой не содержится никаких взвешенных частиц.

ФАПР различает:
почвы, подверженные расслаиванию или в результате механических воздействий (раскрытие разрывов вследствие изменения состояния напряжений), или в результате температурных изменений (замерзание или дифференциальные деформации различных минеральных формаций-включений) ;
почвы, подверженные растворению или химическому превращению под действием воды или контактирующих жидкостей;
набухающие почвы, при увеличении содержания воды или при изменении напряжений;
другие почвы.

Проницаемость. Для определения проницаемости необходимы параметры гидростатического давления, существующего в естественных условиях на уровне объекта, и горизонтальной и вертикальной проницаемости почвы. Кроме этого, следует различать скалистые грунты от других видов вследствие существенных различий в их поведении в присутствии воды.