Studium seizmických projevů v okolí ražby mělkých podzemních děl

Abstract

Disertační doktorská práce se zabývá studiem seizmických účinků trhacích prací v malých vzdálenostech od zdroje vibrací, v tzv. blízké zóně. V práci jsou shrnuty výsledky vlastních seizmických měření, přičemž vzdálenost nejbližších senzorů byla první metry. Experimentální měření byla realizována na šesti významných tunelových stavbách v České republice, ve kterých bylo použití trhacích prací součástí technologie ražby. Jednalo se o ražby mělce pod povrchem vedených tunelů v různých geologických podmínkách. Senzory byly umístěny přímo v důlním díle nebo na povrchu nad ražbou. K měření byly používány třísložkové senzory a digitální záznamové aparatury. Analýza naměřených dat (rychlost kmitání) umožnila pomocí Langeforsova vztahu vypočítat koeficienty přenosu prostředí K pro blízkou zónu v daných lokalitách. Hlavním výsledkem výzkumu je doplnění a zpřesnění poznatků o seizmických projevech vyvolaných trhacími pracemi v malých vzdálenosti od zdroje vibrací.

Zvláštní pozornost byla věnována metodice měření v blízké zóně. První experimentální měření ukázala, že ustavení senzorů má velký vliv jak na velikost maximálních měřených amplitud kmitání, tak i na frekvenční obsah záznamů. Byla realizována srovnávací měření různě uchycených a ustavených senzorů, a to jak v laboratoři, tak in-situ uvnitř i vně podzemního díla. Výsledky byly interpretovány v amplitudové i frekvenční oblasti. Tato měření poukázala na účelnost pevného uchycení senzoru při měření v blízké zóně i na výrazný vliv způsobu ustavení senzoru bez uchycení.

V několika vybraných případech byla data z experimentálních měření použita ke konfrontaci s výsledky zjednodušených, dvojdimenzionálních matematických modelů dynamické odezvy. Všechny modely byly vytvořeny v programovém prostředí Plaxis 2D s dynamickým modulem, pracujícím na základě metody konečných prvků. Při přijetí určitých zjednodušení a akceptování některých nedokonalostí dvojdimenzionálního modelu byla prokázána použitelnost tohoto programu pro řešení daných dynamických úloh.

PhD doctoral thesis deals with the study of seismic effects of blasting operations at small distances from the source of vibration, i.e. in the near zone. The thesis summarizes the results of the seismic measurements; the nearest distance of sensors was the first meters. Experimental measurements were carried out during excavation of six tunnels in the Czech Republic, in which blasting operations were used as part of the driving technology. It was a shallow tunnelling performed in different geological conditions. Sensors were placed directly in the workings, or on the surface above excavation. The measurements were realized using three-component sensors and a digital recording apparatuses. Analyses of measured data (vibration velocity) enabled with respect Langefors´ relationship to calculate empirical parameter K (transfer constant) for near zone in those locations. The main result of the research is completion and specification knowledge of the vibration effect generated by blasting operations in small distance from the source of vibration.

Particular attention was paid to the measurement methodology in the near zone. The first experimental measurements showed that the establishment of the sensors has a significant impact on both the value of the measured maximum vibration amplitudes, and frequency range of the records. Comparative measurements were realized to analyse different anchoring of sensors, both in the laboratory and in-situ inside and outside of the underground workings. The results were interpreted in amplitude and frequency domain. These measurements revealed the effectiveness of the hard anchoring the sensor during the measurement in the near zone and a significant influence on set-up of the sensor without anchoring.

In some selected cases, data from experimental measurements were used for confrontation with the results of simplified, two-dimensional mathematical models of dynamic response. All models were created in a programming system PLAXIS 2D with dynamic modulus, working on finite element method. To accept certain simplifications and certain imperfections in two-dimensional model, the applicability of this program for the solution of the dynamic tasks has been demonstrated.