Классификация подземных сооружений

Тимофеев О.В.

Т 415 проектирование строительства подземных сооружений:Учеб. пособие / Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет). СПб, 2005. 120 с.

ISBN 5-94211-249-5

УДК 622.25(26): 624.19: 656.342 (075.80)

ББК 38.78

 

ISBN 5-94211-249-5

Ó Санкт-Петербургский горный институт им. Г.В.Плеханова, 2005 г.

ОглавлеНИЕ

 

 

Предисловие................................................................................................................ 4

1. Принципы проектирования.................................................................................... 5

1.1. Общие положения......................................................................................... 5

1.2. Классификация подземных сооружений...................................................... 7

1.3. Структурная схема проектирования............................................................ 8

1.4. Функции заказчика, проектировщика, строителя (подрядчика)................ 11

1.5. Задание на проектирование........................................................................... 14

1.6. Технико-экономическое обоснование (проект)........................................... 15

1.7. Рабочая документация.................................................................................. 19

1.8. Рабочий проект. Типовые и экспериментальные проекты......................... 21

2. Методы инженерного проектирования................................................................. 23

2.1. Исходные данные для проектирования....................................................... 23

2.2. Научное обеспечение проектирования и строительства подземных

сооружений........................................................................................................... 29

2.3. Нормативная база проектирования.............................................................. 39

2.4. Формирование идеи проектного решения и инженерный анализ.............. 45

2.5. Оптимизация и принятие решений............................................................... 49

2.6. Системы автоматизированного проектирования........................................ 60

3. Проектирование конструкций подземных сооружений....................................... 63

3.1. Общие положения......................................................................................... 63

3.2. Требования к материалам обделок ПС........................................................ 65

3.3. Выбор конструктивно-технологического типа крепи (обделки)............... 68

3.4. Принципы расчета крепей подземных сооружений.................................... 75

4. Проектирование организации строительства........................................................ 79

4.1. Общие положения......................................................................................... 79

4.2. Организационно-технологические схемы.................................................... 80

4.3. Схемы вскрытия подземных сооружений................................................... 81

4.4. Технологические схемы строительства ПС................................................. 86

4.5. Подготовка производства и документация................................................. 97

4.6. Обеспечение качества СМР и охраны окружающей среды. Оперативно-диспетчерское управление 100

4.7. Проектирование технологии строительства подземных сооружений....... 102

Рекомендательный библиографический список....................................................... 111

Приложение................................................................................................................. 112

 

Предисловие

 

Строительство подземного сооружения сопряжено с выполнением комплекса сложных инженерных задач. Для их осуществления необходимо иметь проект, в котором должны быть оптимально решены эти задачи. Проект подземного сооружения и его строительства представляет собой сложную многопрофильную систему. Цель изучения дисциплины «Проектирование строительства» – овладение принципами и нормами современного проектирования строительства подземных сооружений и использование полученных знаний при дипломном проектировании и последующей инженерной деятельности.

В результате освоения дисциплины студент должен:

· знать организацию проектно-сметного дела в нашей стране, основную нормативную и техническую документацию по проектированию подземных сооружений и их строительству, пути использования в проектах новейших достижений науки и техники, прогрессивные направления развития методов и средств проектирования;

· уметь применять полученные знания при проектировании строительства подземных сооружений и шахт;

· иметь представление о методах составления проектов организации строительства и производства работ (ППР).

ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Общие положения

Проект (технический проект) – система образов технического объекта или процесса, представленная в виде чертежей, графиков, таблиц, текста, а иногда и макета.

Любой проект должен ответить на пять основных вопросов: назначение объекта, местонахождение, способ строительства, сроки, стоимость.

Следовательно, технический проект должен содержать помимо технических решений и экономическую оценку (проектно-сметная документация), а также решение вопросов экологии, сангигиены, противопожарной безопасности и т.п.

Проектирование должно решить следующие основные задачи:

1. Обеспечить функциональное назначение объекта при себестоимости продукции и производительности труда на уровне или выше мировых показателей.

2. Обеспечить безопасность работ для трудящихся данного предприятия и окружающей среды.

3. Предусмотреть возможность последующей модернизации производства.

4. Максимально использовать новейшие научные достижения, комплексную механизацию и автоматизацию производства на основе «высоких технологий», типизацию и стандартизацию изделий и процессов.

Подземное строительство обладает рядом особенностей, которые нужно учитывать при проектировании:

· ограниченность фронта работ (возможного числа забоев);

· стесненность в призабойной зоне;

· изменчивость горно-геологических условий;

· особые требования техники безопасности и промсанитарии;

· тесная связь основных и вспомогательных процессов (вентиляции, водоотлива, транспорта, подъема и пр.).

Проектную документацию разрабатывают [7] на основе утвержденного «Обоснования инвестиций в строительство предприятий, зданий и сооружений» (ОИС) с обязательным учетом действующих законодательных и нормативных положений государственного, территориального и ведомственного уровней.

Основным проектным документом является технико-экономическое обоснование строительства (ТЭО), которое, согласно [7], следует, как правило, считать проектом. Далее на основе утвержденного ТЭО (первая стадия проектирования) разрабатывается рабочая документация (вторая стадия проектирования).

По объектам массового и повторного применения, а также по технически несложным объектам может разрабатываться рабочий проект (одностадийное проектирование).

Проектирование объектов строительства должно выполняться юридическими или физическими лицами, имеющими законное право (лицензию) на соответствующий вид деятельности.

Между заказчиком (инвестором) и проектировщиком заключается договор (контракт), который регулирует правовые и финансовые отношения, взаимные обязательства и ответственность сторон, и должен содержать задание на проектирование. Его рекомендуемые состав и содержание для объектов производственного назначения, представленные в приложении 1 СНиП 11-01-95 [7], включают 16 позиций (см. раздел 1.5).

Проектная документация разрабатывается преимущественно на конкурсной основе, в том числе через торги подряда (тендер). Все проекты или рабочие проекты подлежат государственной экспертизе в соответствии с порядком, установленным в Российской Федерации. Утверждение проектов выполняется в зависимости от источника финансирований объекта:

· органами Минстроя России для объектов республиканского финансирования;

· органами субъектов Федерации для объектов, ими финансируемых;

· инвесторами (заказчиками) для объектов, финансируемых за счет собственных ресурсов.

 

Задание на проектирование

 

Состав задания на проектирование (ЗП) объектов производственного назначения является частью договора между заказчиком и проектировщиком и устанавливается с учетом отраслевой специфики и вида строительства. Ориентировочный состав ЗП [7] включает:

· наименование и местоположение проектируемого объекта (сооружения);

· основание для его проектирования;

· вид строительства (новое или реконструкция) и его особые условия;

· стадийность проектирования;

· основные технико-экономические показатели (ТЭП);

· требования по вариантной и конкурсной разработке;

· требования к объемно-планировочным, конструктивным и природоохранным решениям, мероприятиям гражданской обороны (ГО) и чрезвычайных ситуаций (ЧС), выполнению опытно-кон­структорских и научно-исследовательских работ, режиму безопасности и гигиены труда, составу демонстрационных материалов и пр.

Вместе с заданием на проектирование заказчик выдает проектировщику необходимые исходные материалы: обоснование инвестиций в строительство данного объекта, решение местного органа власти о месте его размещения, акт о выделении земельного участка, материалы инженерных изысканий и обследований и т.п. (см. раздел 2.1); условия для размещения временных зданий и сооружений, вид и размещение подземных и наземных сетей и коммуникаций и т.п.

 

 

Рабочая документация

 

на второй стадии двухстадийного проектирования разрабатывается рабочая документация, которая предназначена для непосредственного осуществления строительных, горных и монтажных работ. Она выполняется проектным подразделением строительной организации (подрядчиком и субподрядчиками) на основе утвержденного проекта и согласуется с заказчиком и генпроектировщиком. Рабочая документация может быть по заказу подрядчика выполнена специализированной проектной организацией (разного рода «оргтехстроями»).

В состав рабочей документации входят:

· рабочие чертежи;

· сметная документация;

· ведомости объемов строительных и монтажных работ;

· ведомости потребности в материалах;

· сборники спецификаций оборудования;

· габаритные чертежи на оборудование и изделия;

· проектно-сметная документация на строительство зданий и сооружений пускового комплекса;

· исходные требования к разработке документации на оборудование индивидуального изготовления, по которому исходные требования в проекте не были разработаны.

Чертежи следует выполнять с максимально возможными информативностью, наглядностью, удобством восприятия, компактностью и пригодностью к копированию на современной множительной технике. Размеры крупных объектов или их элементов целесообразно обозначать величинами (размерностями), удобными для восприятия. Поэтому не стоит многометровые объекты представлять в миллиметрах, особенно если они не требуют высокой точности измерений.

Чертеж, на котором показаны элементы конструкций и связи между ними в виде условных или упрощенных изображений, называется схемой расположения.

На второй стадии проектирования в состав рабочей документации включают объектные и локальные сметы, если это предусмотрено договором.

Стоимость строительства рекомендуется приводить в двух уровнях цен:

а) в базисном, определяемом на основе действующих сметных норм и цен;

б) в текущем или прогнозном уровне, с учетом цен ко времени составления смет или периоду строительства.

В состав сметной документации включают пояснительную записку с указанием примененной сметно-нормативной базы, уровня цен и особенностей проектируемого объекта. Заказчик и подрядчик (строитель) формируют договорные цены на строительную продукцию, которые могут быть открытыми (уточняемыми в ходе строительства) или твердыми (окончательными). Это оформляется протоколом по установленной форме.

В сводном сметном расчете отдельной строкой предусматривают резерв средств на непредвиденные работы и затраты (до 3 % от общей стоимости).

В процессе строительства объекта проект может корректироваться как по предложениям проектировщика, так и строителя. Все изменения должны регистрироваться и вноситься в проектную документацию. Законченный строительством объект будет отличаться от первоначального проекта, поэтому к концу строительства проектировщик с участием строителя выполняет исполнительную документацию в виде чертежей, актов, протоколов совещаний и т.п. Эта документация необходима для оформления сдачи объекта в эксплуатацию, а также для последующих ремонтов, реконструкции, ликвидации возможных аварий и т.п.

 

 

Исходные данные для проектирования

 

В состав исходных материалов, используемых при составлении задания на проектирование [7], а затем при разработке проекта, входят: обоснование инвестиций в строительство объекта и решение местного органа исполнительной власти о месте его размещения; акт выбора земельного участка и архитектурно-планировочное задание; технические условия на присоединение проектируемого объекта к источникам снабжения, инженерным сетям и коммуникациям; сведения о проведенных с общественностью обсуждениях решения о строительстве объекта; данные научно-исследовательских работ (НИР) и опытно-конструкторских разработок (ОКР) применительно к объекту проектирования; материалы инвентаризации и решение о сносе зданий и сооружений и компенсаций за них; данные о состоянии природной окружающей среды и источника загрязнения; материалы инженерных изысканий; обмерочные чертежи зданий, сооружений, подземных и наземных сетей и коммуникаций.

При проектировании реконструкции объекта дополнительно представляют материалы обследования действующего объекта, его планировку, спецификацию и состояние оборудования, условия размещения временных зданий и сооружений, подъемно-транспортных машин, места складирования строительных материалов и т. п.

Инженерные изыскания: инженерно-геодезические, инженерно-геологические, инженерно-гидрометеорологические, конструкторские, технологические и др. – выполняют для получения нескольких видов исходных данных к проектированию, характеризующих условия среды, в которой объект будет строиться и эксплуатироваться.

Для выполнения изысканий заказчик составляет техническое задание, а исполняющая организация разрабатывает программу изысканий. Материалы по ним оформляют в виде отчетов, необходимых для разработки проектно-сметной документации.

Для строительства подземного сооружения опасны не столько неблагоприятные геологические условия, сколько недостаточная их изученность или неточность оценки с точки зрения выбора оптимального инженерного решения.

Поучительны примеры строительства Симплонского железнодорожного тоннеля в Европе или Северо-Муйского тоннеля на БАМе, когда на стадии разведки не были выявлены многочисленные геологические разломы и аномалии, зоны горячих источников подземных вод и другие неблагоприятные явления, существенно затруднившие строительство и удлинившие его срок.

При инженерно-геодезических изысканиях осуществляют сбор и анализ топографических карт и планов, фотопланов, фотосхем, землеустроительных планов в масштабах 1: 100 000-1: 5 000. В необходимых случаях организуют полевое обследование территорий строительной площадки и трасс внеплощадочных коммуникаций.

Топографо-геодезические и аэрофотосъемочные материалы и результаты полевого обследования служат для составления ситуационных планов в масштабе 1: 25 000-1: 5 000 с указанием размещения площадки в районе строительства. На планы наносят границы площадки, предлагаемые трассы и возможные точки примыкания внеплощадочных коммуникаций, а также границы участков ценных сельскохозяйственных угодий, землепользований, перспективной застройки, залежей полезных ископаемых и других объектов.

В процессе инженерно-геодезических изысканий составляют схемы геодезических сетей, вычисляют их рабочие координаты и высоты опорных пунктов, а также координаты и высоты горных выработок, геофизических, гидрофизических, гидрогеологических, гидрологических и других точек, необходимых для разработки генерального плана. По результатам тахеометрической съемки, нивелирования и горизонтальной съемки составляют топографические планы, продольные профили трасс, схемы планово-высотной привязки горных выработок и других точек.

Инженерно-геологические изыскания направлены на изучение физико-географических, геологических, геоморфологических, гидрогеологических и других природных условий строительства.

На основе собранных материалов и результатов аэрофотосъемки разрабатывают гипотезу об инженерно-геологических условиях площадки строительства и определяют задачи непосредственных наблюдений на местности рекогносцировки.

В целях комплексного изучения оценки инженерно-геологи­ческих условий района строительства проводят инженерно-геоло­гическую съемку, в состав которой входят работы по дешифрированию аэрофотоматериалов, маршрутные наблюдения, проведение шурфов и скважин, геофизические исследования, полевые и лабораторные исследования состава и свойств грунтов, горных пород и др.

Для получения характеристики горных пород в зоне строительства выполняют инженерно-геологическую разведку. В ее состав входят работы по проведению разведочных горных выработок, полевые и лабораторные исследования горных пород, геофизические, опытно-фильтрационные исследования и др. Распространенным способом изысканий является бурение скважин с отбором проб через 0,5 м в слабых породах и колонковое бурение со взятием керна в скальных породах. Глубину скважин назначают на 6 м больше глубины заложения подошвы подземного сооружения.

При длине тоннеля до 200 м с земной поверхности пробуривают 7 скважин, из которых три располагают по оси тоннеля, а четыре – на двух поперечных сечениях. При большей длине тоннеля скважины располагают вдоль его оси через 150 м.

При глубине заложения тоннеля свыше 300 м трудоемкость и стоимость бурения разведочных скважин со взятием образцов пород существенно возрастает. В этом случае необходимы дополнительные геофизические методы исследования, которые дают косвенное представление о строении горного массива. Применяют вертикальное электрическое зондирование, электропрофилирование, сейсмоакустические методы, ультразвуковой каротаж, радиоизотопные и другие методы.

С помощью геофизических методов изучают строение массива, устанавливают границы зон тектонических нарушений и трещиноватости, выявляют и оконтуривают полости естественного (карстовые пустоты) и искусственного (заброшенные горные выработки) происхождения, устанавливают положение уровня подземных вод, определяют физико-механические свойства пород и т.п.

При исследовании толщи горных пород с целью обоснования места расположения подземных сооружений в городских условиях число разведочных скважин увеличивают, так как подземное строительство связано с опасностью осадок поверхности и расположенных на ней зданий и сооружений.

Физико-механические свойства горных пород определяют в натурных условиях и лабораторными методами. Данные натурных исследований деформационных характеристик горных пород, необходимые для расчета и проектирования обделок гидротехнических и транспортных тоннелей, определяют, например, вдавливанием штампов на обнажениях пород в сочетании с сейсмоакустическими и прессиометрическими методами.

Лабораторные методы применяют для определения гранулометрического состава, природной влажности, плотности, сопротивления срезу и одноосному сжатию (). Последнее используют, в частности, для определения коэффициента крепости пород по Протодьяконову , где – коэффициент структурного ослабления.

Инженерно-гидрометеорологические изыскания проводят для получения исходных данных по речной и морской гидрогеологии и климатологии, а также для оценки возможных изменений гидрометеорологических условий под воздействием строительства и эксплуатации сооружения.

Особое значение эти данные имеют при строительстве подземных ГЭС, сведения о водных расходах в период прохождения паводков и половодий и данные о твердом стоке и его распределении в году. Устанавливают зависимости между уровнем воды в реке от ее расхода, которые представляют в виде кривых для летнего и зимнего периодов. Приводят сведения о ледовых явлениях: начало и окончание ледохода, толщина ледового покрытия, данные об образовании донного льда, шуги и заторах; об испарении с водной поверхности водохранилища и сведения о возможной фильтрации воды из проектируемого водохранилища.

Высокое качество проектов конструкций подземных сооружений, технологии, механизации и организации их строительства может быть обеспечено только при использовании научных прогнозов краткосрочного (5-7 лет), среднесрочного (10-15 лет) и долгосрочного (20-25 лет) характера, в зависимости от значимости, срока службы и проектной продолжительности строительства объекта.

Составление прогнозов заказывают профильным научным институтам, лабораториям, высшим учебным заведениям или отдельным ученым и крупным специалистам. К таким НИИ можно отнести, в частности, в отрасли транспортного строительства – ЦНИИС (с его региональными отделениями и лабораториями), городского подземного строительства – НИИОСП, гидротехнического строительства – «Оргэнергострой» и ВНИИГ им. Веденеева, горного дела – ИГД им. А.А. Скочинского, горной геомеханики – ВНИМИ и т.д. Многие научные силы имеются в известных вузах горного, транспортного и строительного профилей многих крупных городов (Санкт-Петербург, Москва, Екатеринбург, Тула и др.).

Проекты подземных и наземных сооружений должны обеспечивать не только их высокие эксплуатационные качества, но и быть технологичными в процессе строительства. Последнее предполагает возможность использования комплексов высокопроизводительного оборудования с уровнем надежности, исключающим простои строительных участков по причине отказов оборудования в рабочие смены.

Конструкции сооружений, механизация их возведения и организация строительных работ должны обеспечивать устранение или максимальное снижение трудоемких и опасных ручных операций, создание комфортных условий труда, его высокую производительность.

Рассмотрим два примера такого рода.

Пример 1. При проектировании и строительстве линий метро глубокого заложения протяженностью 5-10 км в Санкт-Петербурге при расстояниях между станциями 1,5-2,0 км могут быть использованы щитовые механизированные комплексы типа КТ1-5,6 с блочной обделкой, разжимаемой на породу в лотке тоннеля. При стабильной скорости проходки перегонных тоннелей (около 1000 м/мес.) указанный участок линии метро может быть пройден за 5-10 мес. одной парой комплексов, а следовательно, с одной парой монтажных и демонтажных камер и выполнением соответствующих монтажно-демонтажных работ. Для этого необходимо выполнять следующие условия:

1. Конструкции станций при поточно-сквозной организации строительства должны обеспечивать возможность сквозного прохода щитовых комплексов через станции, строительство которых могло бы выполняться до, в период и после проходки «пилот-тоннелей» этими комплексами.

2. Уровень надежности проходческих комплексов должен обеспечивать их работоспособность без капитального ремонта на заданной длине трассы.

3. Принятые системы транспорта, вентиляции, электроснабжения, водоснабжения и прочие должны обеспечивать с необходимым запасом упомянутые темпы проходки при минимальных затратах.

4. Производственный персонал должен обладать необходимой квалификацией, неуклонно соблюдать технологию работ, обеспечивать операционный контроль производственных процессов и регулярно составлять исполнительную документацию.

Пример 2. При проектировании и строительстве городских канализационных сетей на малых глубинах обычно используют закрытый щитовой или открытый котлованный способы строительства. Они трудоемки и затратны, а второй из них еще и нарушает нормальную эксплуатацию улиц, дорог, площадей.

Известны и успешно применяются бестраншейные (закрытые) методы прокладки труб диаметром до 2 м с применением комплексов оборудования с автоматизированным управлением и контролем производственных процессов (например, фирмы «Херренкнехт»). Этот метод обеспечивает механизированную разработку породы в забое тоннеля и последовательное проталкивание высокопрочных железобетонных труб из строительных колодцев, расположенных по трассе тоннеля с шагом 50-100 м. Работы выполняются, практически, без нарушения транспортных потоков города, быстро, точно, при комфортных условиях труда персонала.

Поскольку в проект нужно закладывать конструкции сооружений, технологии их возведения и машинные комплексы, опережающие уровень текущего дня лет на десять, то проектные организации должны регулярно следить за изобретениями в своих областях, находить самые новые патентоспособные решения, работать в содружестве с учеными и изобретателями, отслеживать публикации по рассматриваемым вопросам в технических журналах, сборниках трудов, докладов, изобретений и пр.

 

 

Подземных сооружений

Естественные науки изучают и формулируют законы природы и разрабатывают методы их применения.

В группе естественных наук выделяют технические науки. В этот цикл входят горные науки, в том числе геомеханика и строительная геотехнология, обеспечивающие проектирование и строительство подземных сооружений. Важную роль в научных изысканиях играют поисковые исследования, требующие нестандартных подходов к проблеме, воображения, интуиции и знания общих законов природы и общества. Горные науки тесно взаимодействуют с фундаментальными: физикой, математикой, химией, механикой, геологией, гидравликой и др.

В результате такого взаимодействия возникают наиболее удачные инженерные решения конструктивного, технологического и организационного характера, успешно реализуемые в проектах подземных и других сооружений, нормативных документах, правилах безопасности.

Важную роль играет изобретательская и рационализаторская деятельность.

Основной единицей научной организации является лаборатория, представляющая собой коллектив сотрудников, выполняющих научные исследования определенного направления в специально оборудованном помещении. В составе лаборатории могут быть организованы секторы.

Лаборатории в составе научно-исследовательской организации объединяются в отделы или отделения. Многие научно-иссле­довательские организации имеют комплексный характер, включая в свой состав проектно-конструкторское подразделение и экспериментальное производство.

В области строительства гидротехнических подземных сооружений научные исследования выполняет «Оргэнергострой» (Москва). Исследования в области создания горно-проходческой техники осуществляет ЦНИИподземмаш (Москва). Крупными научно-иссле­довательскими организациями являются: в области транспортного строительства ЦНИИС (Москва), в области строительства подземных сооружений НИИОСП (Москва), в области шахтного строительства КузНИИшахтострой (Кемерово).

Открытие и применение атомной энергии, развитие автоматизации, создание ЭВМ, успехи химии, бурное развитие электроники и высоких технологий привели к научно-технической революции, сопровождающейся резким ускорением научно-технического развития человеческого общества. Это, в свою очередь, требует повышения роли научных работ вообще, в том числе в области проектирования и строительства подземных сооружений. Тесная взаимосвязь исследовательских организаций с промышленными и строительными предприятиями выражается, например, в создании строительных научно-производственных объединений (НПО) или в форме научного сопровождения проектных и строительных работ. Это способствует оперативному решению научных и прикладных задач, связанных с проектированием и строительством сложных объектов, повышению качества работ, накоплению ценнейшей информации для дальнейшего использования.

Наиболее полное раскрытие общих закономерностей, процессов и явлений обеспечивает диалектический метод.

При исследованиях в области геомеханики и строительной геотехнологии широко применяют комплекс методов: наблюдение, опыт, классификацию, анализ, синтез, аналогию и др.

Научно поставленное наблюдение строится по плану, ведется систематически и имеет строго определенную задачу. В геомеханике, например, широко используют наблюдения за проявлениями горного давления инструментальными или визуальными методами. В строительной геотехнологии обширные наблюдения ведут для выявления зависимости темпов проведения выработок от основных влияющих факторов природного, технического и организационного характера.

Термин опыт имеет несколько значений: в философии – это совокупность взаимоотношений между человеком и объективным миром; в естественных науках – четко поставленный эксперимент и даже простое наблюдение; в технике – сумма накопленных знаний, навыков, умений. Опыт разного рода при проектировании играет весьма важную роль и высоко ценится.

Анализ – это метод исследования, состоящий в расчленении целого на составные элементы, например, с целью выявления роли каждого из влияющих факторов на несущую способность конструкции; взаимодействие крепи и массива пород; скорость проходки и крепления выработок и т.п.

Синтез – соединение отдельных элементов в единое целое. Он направлен на исследование предмета в его единстве и взаимной связи частей.

Анализ и синтез составляют диалектическое единство. Например, синтез технологической схемы проведения горной выработки осуществляется на основе анализа данных о затратах времени, труда, энергии, материалов, необходимых для выполнения отдельных проходческих операций.

В процессе анализа и синтеза используют логику, которая формулирует законы и правила, выражающие отношения и связи между формами мысли. Познать процессы и явления – значит найти законы их развития и уметь использовать их в интересах исследователя. Известны четыре закона логики, использование которых обеспечивает получение исследователем верного вывода.

Закон тождества требует сохранения в процессе умозаключений одного и того же содержания каждого понятия. Нельзя произвольно менять содержание и объем понятий.

Закон противоречия гласит, что два противоположных суждения об одном предмете не могут быть оба истинными одновременно в одном и том же отношении. Доказав истинность одного положения, исследователь не может в последующих рассуждениях исходить из противоположного.

Закон исключенного третьего утверждает, что два противоречащих суждения не могут быть оба ложными, одно из них истинно, третьего не дано. Отвергая одно из противоречащих суждений, исследователь должен принимать другое. Закон исключенного третьего имеет существенное значение в косвенных доказательствах («от противного»).

Согласно закону достаточного основания всякая мысль признается истинной, когда имеет достаточное основание. Им может служить положение, истинность которого установлена.

Применяя законы и правила логики, исследователь достигает известной определенности, последовательности и доказательности.

Метод аналогии основан на сходстве многих процессов и явлений, протекающих в природе, человеческом обществе, технических системах и т.д. Он успешно используется при проектировании конструкций, сооружений, машин, строительных технологий и т.п., функционирующих в аналогичных условиях.

Если, например, бетонная крепь успешно функционировала в какой-либо выработке, то такая же крепь с определенной вероятностью будет успешно работать в другой выработке при аналогичных условиях.

Метод аналогий широко реализуется в строительстве при использовании типовых проектов путем их привязки к конкретным условиям очередного объекта, при различных видах моделирования геомеханических процессов и в других случаях. Метод позволяет быстро и продуктивно решать разнообразные инженерные задачи при малых затратах средств и труда. Тем не менее, не всегда удается сделать вероятностную оценку возможного результата. Для этого необходимо создавать представительные банки данных по успешно действующим объектам с указанием условий их функционирования.

В процессе проектирования воображение и догадка играют важную роль, так как позволяютсоздавать в мозгу образы новых конструкций, материалов, процессов, технологических схем и т.п. Воображение исходит из способности к абстрактному мышлению. Благодаря умению синтезировать, соединять элементы, почерпнутые из действительности, мышление может выйти за пределы того, что существует в данный момент; предвосхитить будущее, создавать новые конструкции, технологии, формы организации строительства и т.п.

Немалая фантазия потребовалась, например, при создании анкерной крепи, работа которой скрыта от глаз, но способна обеспечивать высокую степень устойчивости горных выработок за счет скрепления различно деформируемых зон, слоев и блоков в приконтурной части массива пород.

При недостаточности доказательной информации большое значение имеет догадка – первоначальное предположение.

При ее возникновении важную роль играет интуиция, которая формируется на основе ранее приобретенного опыта, навыков, знаний.

Однако познание, основанное на интуиции, должно быть подкреплено логическими доказательствами и проверено опытом, экспериментом.

Классификацией называют логическую операцию, состоящую в разделении всего изучаемого множества предметов по обнаруженным сходствам и различиям (признакам) на отдельные группы – классы (см. раздел 1.2).

При сложных системах в каждом классе могут быть выделены подчиненные признаки, по которым выделяют подклассы (см. раздел 1.2). Основанием для деления должны быть признаки существенно определяющие.

Научные классификации играют важную роль в анализе сложных систем, осмыслении взаимозависимости их элементов, выборе эффективных инженерных решений при проектировании.

Экспериментальный метод исследования широко применяется в горном деле и подземном строительстве в связи с многообразием подземных сооружений (см. раздел 1.2), способов их строительства, горно-геологических и гидрогеологических условий, влиянием тектонических процессов и многих других факторов. При таких обстоятельствах чисто теоретические исследования, играющие безусловно важную роль, не всегда способны дать ответ на интересующие проектировщиков вопросы.

Экспериментом называют научно поставленный опыт или наблюдение в натурных или лабораторных условиях, при которых строго фиксируется влияющие факторы и, по возможности, выявляется роль (весомость) каждого из них на основании количественной и качественной информации, полученной с помощью визуальных и инструментальных наблюдений и тщательной их обработки. Результаты представляют в виде графиков, таблиц, эмпирических формул, гипотез и даже теорий.