Мониторинг технического состояния зданий и сооружений

метки: Здание, Сооружение, Мониторинг, Геотехнический, Строительство, Подземный, Наблюдение, Система

Последнее десятилетие поставило перед специалистами строительной области ряд новых научных, инженерных и технических проблем, связанных с комплексным освоением подземного пространства городов. Подземное пространство стало использоваться не только для размещения инженерных коммуникаций и объектов транспортного строительства, но также для строительства крупных комплексов общественно-бытового назначения, многоэтажных подземных гаражей и стоянок, предприятий торговли, помещений заглубленных частей жилых зданий. Значительно увеличилась глубина заложения коллекторов для прокладки ответственных инженерных коммуникаций, а также подземных путепроводов. Особенности современного подземного строительства в городских условиях связаны с использованием новых прогрессивных технологий — строительство способом «сверху-вниз», бурозавинчиваемые сваи, разрядноимпульсная технология, микротоннелирование, НАТМ, щитовая проходка с пригрузом забоя, компенсационное нагнетание и др.

Использование данных технологий, неблагоприятные процессы, протекающие в грунтах в результате антропогенного влияния, строительство в условиях плотной городской застройки, а также вблизи памятников архитектуры и объектов культурного наследия требуют уделять особое внимание наблюдению за техническим состоянием зданий и сооружений, а также за состоянием грунтов прилегающих территорий, уровнем подземных вод и т. п.

При возведении зданий и сооружений вблизи или вплотную к уже существующим возникают дополнительные деформации ранее построенных зданий и сооружений.

Опыт показывает, пренебрежение особыми условиями такого строительства может приводить к появлению в стенах ранее построенных зданий трещин, перекосов проемов и лестничных маршей, к сдвигу плит перекрытий, разрушению строительных конструкций, т.е. к нарушению нормальной эксплуатации зданий, а иногда даже к авариям.

При намечаемом новом строительстве на застроенной территории заказчиком и генеральным проектировщиком, с привлечением заинтересованных организаций, эксплуатирующих окружающие здания, должен быть решен вопрос об обследовании этих зданий в зоне влияния нового строительства.

В соответствии с МГСН 2.07-97 в процессе строительства нового здания и в начальный период эксплуатации существующих ответственных подземных и заглубленных сооружений обязательными являются натурные наблюдения (мониторинг) на строительной площадке.

1. ЦЕЛИ, ЗАДАЧИ И ВИДЫ МОНИТОРИНГА

Мониторинг – это систематическое или периодическое слежение (наблюдение):

Технология возведения подземных сооружений

... в диаметрально противоположных точках. Технология возведения методами опускного колодца и кессона Строительство подземных сооружений методом опускного колодца эффективно при глубине заложения дна колодца от ... грунтами и другими условиями, которые принято считать особыми. Наибольшие разрушения зданий (сооружений) при землетрясениях происходят тогда, когда они построены на насыщенных водой ...

• за деформационно-напряженным состоянием конструкций или деформациями зданий (или сооружений) в целом;
• за состоянием грунтов, оснований и подземных вод в зоне строительства;
• своевременная фиксация и оценка отступлений от проекта, требований нормативных документов;
• сопоставление результатов прогноза взаимного влияния объекта и окружающей среды с результатами наблюдений с целью оперативного предупреждения или устранения выявленных негативных явлений и процессов.

Обеспечение безопасности и надежности выполнения работ требует проведения напряженно-деформационного, геофизического и геотехнического мониторинга на всех этапах строительства зданий и сооружений и прилегающего пространства.

Мониторинг является составной частью работ научно-технического сопровождения (НТСС) нового строительства или реконструкции объекта, которые должны выполняться по техническому заданию Заказчика.

Работы по геотехническому сопровождению включают следующие этапы:

• предварительная оценка ситуации (на стадии инвестиционного проекта),
• изыскательский комплекс (на предпроектной стадии работ),
• геотехническое обоснование проекта (на стадии разработки проекта),
• геотехнический регламент ведения работ (при составлении проекта производства работ),
• испытания (до начала производства работ),
• технологический мониторинг сохранности зданий и сооружений при производстве работ и контроль качества выполненных работ.

Мониторинг включает:

• геотехнический мониторинг;
• геодезический мониторинг;
• мониторинг напряженно-деформированного состояния конструкций.

Необходимость проведения мониторинга при возведении подземных сооружений определяется генеральным проектировщиком, органами экспертизы проекта.

На стадии начала или в ходе строительства необходимость проведения мониторинга может быть рекомендована заказчику легитимными надзорными органами. Вопрос о необходимости организации мониторинга при возведении подземных сооружений рассматривается на стадии проектирования.

Мониторинг подземных сооружений следует организовывать:

• при строительстве или реконструкции сооружений I уровня ответственности, а при обосновании и II уровня ответственности;
• при строительстве или реконструкции сооружений в сложных инженерногеологических условиях;
• для эксплуатируемых сооружений, в том числе подземных коммуникаций, попадающих в зону влияния нового строительства в условиях существующей застройки, а также и других случаях, предусмотренных техническим заданием.

Состав, объемы и методы мониторинга при возведении подземных сооружений должны назначаться в зависимости от уровня ответственности объекта строительства, его конструктивных особенностей и способа возведения, инженерно-геологических условий площадки, удаленности окружающей застройки, требований эксплуатации и в соответствии с результатами геотехнического прогноза.

Общие требования, предъявляемые к мониторингу при возведении подземных сооружений:

• комплексность, заключающаяся в том, что все наблюдения должны проводиться согласованно между собой;
• привязка всех точек наблюдений к наиболее характерным и опасным местам;
• частота наблюдений определяется интенсивностью и длительностью процесса деформирования массива грунта и конструкций сооружений;
• точность измерения должна обеспечивать достоверность получаемой информации и согласованность ее с точностью расчетов.

По функциональному назначению в мониторинге подземных сооружений различают следующие блоки:

Здания и сооружения (2)

... Инженерная защита территорий, зданий и сооружений - комплекс инженерных сооружений ... работ по инженерной подготовке стройплощадок; - разработать и внедрить в проектную практику методы численного моделирования термомеханического поведения нагруженных оснований, с учетом совместной работы основания, фундаментов и надфундаментных конструкций ... на устойчивости подземных коммуникаций. Геохимические ...

— Программа наблюдений, которую разрабатывают в зависимости от категории сложности строительства, степени уникальности объекта, вида конструкций и способа возведения с указанием значений критических деформаций. В программе выявляются места расположения и установки исходных геодезических знаков высотной и плановой основы с указанием их привязки к опорным государственным знакам, приводится схема расположения деформационных марок на зданиях и сооружениях. Излагается порядок инструментальных измерений вертикальных и горизонтальных перемещении и кренов и приводится алгоритм обработки и анализа результатов наблюдений.

— Организация системы наблюдений за надземными сооружениями вокруг проектируемого комплекса, объектами, попадающими в зону влияния строительства (возможно, имеющими историческое значение).

Она осуществляется с учетом схемы размещения грунтовых реперов, маяков и щелемеров, установленных на трещинах, а также деформационных марок, расположенных на фасадах здания. Указываются пункты расположения измерительной аппаратуры. В эту систему включаются измерения деформаций оснований фундаментов и определения (отдельно или совместно) значений вертикальных смещений (осадок, просадок, подъемов) и горизонтальных перемещений (сдвигов) и кренов.

 Разработка технологии выполнения контроля, состоящей из подсистемы оценки положения объекта наблюдений и подсистемы деформационного контроля. Первая включает в себя измерения: осадок несущих конструкций подземного сооружения, горизонтальных перемещений элементов подземного сооружения на разных уровнях по высоте, сближения ограждающих конструкций подземного сооружения с помощью светодальномера. Вторая — разные виды контроля: оперативный деформографический (измерение деформаций) в поперечных и продольных створах и инклинометрический (измерение наклона ограждающих конструкций подземного сооружения).

Система наблюдений за состоянием окружающего массива грунта за пределами ограждающих конструкций подземного сооружения: сеть грунтовых марок, грунтовых реперов (для наблюдений’ за послойными вертикальными перемещениями грунта на различных глубинах) и плитные марки.

 Система наблюдений за существующими подземными сооружениями, в частности тоннелями метрополитена и коммуникациями.

 Система стационарных режимных наблюдений за гидрогеологической средой на территории, прилегающей к строительному объекту. В нее включаются также гидрогеологические скважины, пробуренные на все водоносные горизонты и объединенные в кусты. Наблюдения за уровневым режимом проводятся путем измерений в скважинах.

Геомеханический мониторинг способствует оптимальному расположению объектов.

Рациональное размещение оборудования для мониторинга с использованием современных информационных технологий, которые в режиме геоинформационных систем позволяют формировать модели подземных сооружений в реальных геологических условиях. Совместное применение современных численных методов и геоинформационных систем для мониторинга подземных сооружений дает возможность на стадии проектирования прогнозировать геомеханическое поведение объекта, а на стадиях строительства и эксплуатации может служить эталоном для контроля поведения объекта при последующем принятии инженерных решений в реальном масштабе времени. При строительстве подземных зданий и сооружений целесообразно применять автоматизированные долгосрочные системы мониторинга со специальной аппаратурой, позволяющей следить за напряженно-деформированным состоянием грунтов основания, фундаментов и несущих конструкций здания.

Мониторинг зданий и сооружений

... человек вблизи объекта. Жизненный цикл здания или сооружения, Воздействие Нагрузка - механическая сила, прилагаемая к строительным конструкциям и (или) основанию здания или сооружения и определяющая их напряженно-деформированное состояние ...

По назначению мониторинг состоит из следующих подразделов:

• объектного, включающего все виды наблюдений за состоянием оснований, фундаментов и несущих конструкций самого объекта нового строительства или реконструкции, окружающих его зданий и сооружений, а также объектов инфраструктуры;
• геолого-гидрологического, включающего системы режимных наблюдений за изменением состояния грунтов, уровней и состава подземных вод и за развитием деструктивных процессов: эрозии, оползней, карстово-суффозионных явлений, оседания земной поверхности и др., а также за состоянием температурного, электрического и других физических полей;
• эколого-биологического, включающего системы наблюдений за изменением окружающей природной среды, радиационной обстановки и др.;

— аналитического, включающего анализ и оценку результатов наблюдений, выполнение расчетных прогнозов, сравнение прогнозируемых величин параметров с результатами измерений, разработку мероприятий по предупреждению или устранению негативных последствий вредных воздействий и недопущению увеличения интенсивности этих воздействий.

Мониторинг при возведении подземных сооружений должен содержать следующие этапы:

• теоретические расчеты возможных деформаций грунтов оснований и фундаментов вновь строящегося объекта;
• прогноз развития деформаций во времени;
• оценка влияния нового строительства и производства работ на существующие задания и сооружения;
• разработка системы наблюдений для проверки в натуре действительного воздействия нового строительства на существующие здания и сооружения и за деформациями и напряженно-деформируемого состояния возводимого сооружения;
• установка приборов наблюдений;
• осуществление мониторинга в ходе строительства до стабилизации процессов.

По результатам мониторинга проектная организация может произвести корректировку проекта.

2. ГЕОДЕЗИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

Геодезический мониторинг подразумевает геодезические наблюдения за деформациями строящихся зданий и сооружений, а также за зданиями, находящимися в зоне влияния строительства. Целью геодезического мониторинга является своевременное выявление критичных величин деформаций, установление причин их возникновения, составление прогнозов развития деформаций, выработка и принятие мер для устранения нежелательных процессов.

Геодезические наблюдения за вертикальными смещениями (наблюдения за осадками) зданий и сооружений наиболее распространены, они представляют собой важную часть геодезического мониторинга. Чтобы организовать эти наблюдения, в основание здания по его периметру закладываются деформационные марки (осадочные марки), по которым проводится высокоточное геометрическое нивелирование, при котором используются прецизионные цифровые нивелиры. Разность высотных отметок осадочных марок, которые получены с каждого следующего цикла измерений, даёт возможность анализировать абсолютные величины деформаций и скорости их изменений. Чтобы выяснить полную картину состояния исследуемого объекта в целом, в одно и то же время с наблюдениями просадки его основания производится геодезический мониторинг трещин фасадов зданий.

Концепция мониторинга подземных вод глубоко залегающих горизонтов ...

... ХМАО реализуется программа по созданию электронного архива данных изу-чения и использования подземных вод на разрабатываемых месторождениях углеводородов ХМАО. В рамках этой работы ведется ... и строительства подземных хранилищ углеводородов. Последствия этих работ отража-ются в аномальных изменениях режимов функционирования водоносных горизонтов, мигра-ции заключенных в них подземных вод, содержания ...

Отметим, что трещины зданий снижают общую жёсткость зданий, стены могут даже оказаться разбитыми на отдельные, не связанные друг с другом блоки. Как результат — здание становится аварийным, фасады требуют ремонта с усилением металлоконструкциями, перекладки и воссоздания участков, на которых возникли проблемы.

В состав работ при геодезическом мониторинге часто входят геодезические измерения горизонтальных смещений (кренов, сдвигов), эти измерения производятся в основном на территориях, где геологические условия потенциально опасны, или для сооружений башенного типа. При этом для измерений применяются геодезические высокоточные роботизированные станции.

По результатам наблюдений за деформациями зданий и сооружений делается техническое заключение о состоянии и прогнозе развития выявленных деформаций, разрабатываются рекомендации по ведению соответствующих мероприятий, предотвращающих вредные следствия критических деформаций.

3. ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМ МОНИТОРИНГА

3.1. ПРИМЕНЕНИЕ ГИС-ТЕХНОЛОГИЙ В ГЕОЛОГИЧЕСКОМ

МОНИТОРИНГЕ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Важнейшим фактором, который необходимо учитывать при освоении подземного пространства, является влияние на окружающую среду подземных сооружений в процессе их строительства и эксплуатации, когда могут существенно меняться природное напряженно-деформированное состояние породного массива и присущие ему инженерногеологические и гидрогеологические условия. Вследствие этих изменений возможна активизация опасных инженерно-геологических процессов (карстовых, суффозионных, оползневых и др.).

Значительным осложняющим фактором при этом является существенное изменение геоэкологической обстановки. Многофакторность воздействия подземного сооружения на окружающую среду и соответствующая многоаспектная реакция среды требуют наличия постоянного геологического мониторинга подземного пространства на всех стадиях жизненного цикла данного сооружения. При этом надо отметить объективную сложность освоения подземного пространства — разрозненность и неопределенность геологической информации, сложность определения зон влияния проектируемого сооружения на вмещающий массив и др. Весь геологический мониторинг делится на 4-5 этапов (см. Этапы геологического мониторинга).

Отметим, что предлагаемые авторами первый и второй этапы мониторинга относятся к природной системе, а третий и четвертый — к литотехнической системе, т.е. к разным объектам. Данные первого и второго этапов могут использоваться лишь для обоснования и создания будущей системы мониторинга подземного сооружения. Исследования, проводимые на всех этапах мониторинга, дают обширный материал для базы данных, которая используется или может использоваться в дальнейшем. В процессе строительства подземного сооружения происходит пополнение базы данных геологической информацией, которая может отличаться от исходной. В таком случае следует выполнить дополнительно необходимые инженерно-геологические изыскания и провести новые лабораторные исследования по выявлению физико-механических характеристик полученных образцов горных пород. На рис. 1 предложена схема структуры мониторинга подземного сооружения (геологического, геотехнического и геомеханического).

Техническая эксплуатация зданий и сооружений (2)

... эксплуатация — любая направленная на удовлетворение потребностей деятельность эксплуатанта, включающая процессы жизнедеятельности, производственно-технологические процессы, а также процессы проверки и оценки данных о здании, строении, сооружении и ... разделение земель на земельные участки (массивы, территории) с различным целевым назначением и правовым режимом использования. Зонирование осуществляется ...

Важнейшим элементом геологического мониторинга является его информационное обеспечение, в частности использование технологий ГИС (геоинформационных систем).

В выбранной точке интересующего нас места мы имеем возможность сложить «слои» информации, полученной посредством натурных исследований или прогнозирования. (Принцип совмещения и наложения пространственных данных одним из первых удачно реализовал французский картограф Луи-Александр Бертье в XVIII в. Он использовал прозрачные слои, накладываемые на базовую карту, для показа перемещений войск в сражении под Йорктауном.)

Вся информация о наблюдаемом подземном пространстве (геометрические размеры сооружения и отдельных его элементов, глубина заложения сооружения, данные по инженерно-геологическим и геоэкологическим изысканиям, результаты численного моделирования и т.д.) собирается в один банк данных ГИС. При этом имеется ГИС-СУБД (система управления базами данных геоинформационной системы) — самостоятельная система, предназначенная для обеспечения оперативной работы со сложноорганизованными базами данных. Хранение всех данных по строящемуся объекту в единой базе обладает рядом преимуществ, поскольку позволяет просматривать всю информацию по наблюдаемому сооружению и вмещающему его массиву комплексно, внося при необходимости изменения в информацию. В качестве примера на рис. 2 представлена отображаемая в ГИС структура фрагмента массива скальных пород. Слой с топографическими данными строится по данным географических карт, аэро- и космофотосъемок. Слои с геологическими данными строятся по данным геологических карт, инженерногеологических изысканий и т.д. В проекте ГИС скважины даются в виде отдельного слоя, представляющего собой цифровую карту; при этом координаты самих скважин, как и результаты геофизических или геологических исследований, хранятся во внешних базах данных. Корреляция скважин производится с учетом рельефа местности, представленного в виде отдельного слоя изолиний (рис. 3).

Совокупность литологических колонок отображается с учетом пространственной привязки скважин, т.е. литологические колонки изображаются на пропорциональном (относительно географического положения) расстоянии друг от друга. При этом можно изменять размеры отображаемой ширины колонок. С каждым структурным элементом породного массива сопоставляется разнообразная геологическая информация. Вывод на экран основных данных по объекту позволяет быстро ориентироваться в различных оттенках стратиграфической закраски пластов. При увязке структурных элементов породного массива (например, геологических пластов) используются интерполяционные методы, в частности сплайн-интерполяция, а также учитывается рельеф (изгиб или обрезка пласта по рельефу).

Эксплуатация подземных хранилищ газа магистральных газопроводов

... Общие требования по эксплуатации ПХГ Техническое обустройство ПХГ обеспечивает бесперебойное функционирование технологических процессов закачки, хранения ... трубопроводами и комплексом скважин с подземным и устьевым оборудованием; установки подготовки газа, с распределительными, ... регулирования его подачи в распределительные сети. Газохранилища также обеспечивают надежность потребления газа в ...

Сопровождение разреза необходимой информацией производится автоматически, при этом данные разреза повторяют данные выбранных пластов («стратиграфия» и «литология»).

Для пользователя только ставится задача определения последовательности прохода пласта между скважинами (маркировка пластов), а система отслеживает корректность выбора последовательности пластов (взаимное соответствие стратиграфии и литологии).

При автоматическом методе выполняется увязка всех геологических пластов и всех литологических колонок.

Возможно пошаговое выполнение построения с коррекцией параметров на каждом шаге. В этом методе используются алгоритмы, основанные на последовательной увязке пластов с анализом возможных допустимых вариантов и выбором оптимального. Автоматически реализуется выклинивание пластов и заполняются необходимые для разреза данные. После построения серии геологических разрезов, проходящих вблизи виртуальной (проектируемой) скважины, возможно определение ее по литологическим и стратиграфическим параметрам. В каждом разрезе оценивается спроецированная виртуальная скважина и производится анализ всех вариантов. После окончательного отображения всей географической и геологической информации в ГИС создается система геологического мониторинга рассматриваемой области (рис. 4).

На основе анализа результатов трехмерного моделирования напряженнодеформированного состояния системы «сооружение — породный массив» для определения мест установки исследовательской аппаратуры в пределах расчетного фрагмента выделяются области 3 категорий, обозначаемые как «воздействия нет», «воздействие минимально» и «воздействие максимально» (рис. 5).

Те области массива, где влияние сооружения на окружающий массив отсутствует, относятся к категории «воздействия нет» и из системы мониторинга исключаются. Области, в которых перемещения и напряжения в массиве близки к нулевым значениям, относятся к категории «воздействие минимально». К категории «воздействие максимально» относятся те области массива, где напряженно-деформированное состояние массива составляет существенную для работы подземного сооружения величину. Такие области массива делятся на две подобласти. В первой на основании анализа ее математического моделирования определяются точки, в которых необходимо размещение исследовательской аппаратуры для проведения мониторинга. Во второй подобласти намечаются «законсервированные» точки наблюдения в зонах, где возможно увеличение напряжений и перемещений, и в них по мере необходимости устанавливается исследовательская аппаратура. Как уже отмечалось выше, в процессе строительства подземного сооружения происходит пополнение базы данных геологической информацией, которая может отличаться от исходной. В этом случае следует выполнить дополнительный комплекс инженерно-геологических изысканий и провести, используя уточненную информацию, повторное численное моделирование взаимодействия сооружения с породным массивом, а полученные в результате расчета значения перемещений и напряжений снова занести в базу данных ГИС. На основе анализа этих данных, если это необходимо, следует скорректировать установку исследовательской аппаратуры, а если потребуется, установить дополнительную аппаратуру в зарезервированных точках. В процессе освоения подземного пространства подобная операция повторяется многократно, позволяя применять наиболее оптимальные с точки зрения геоэкологии технологические решения, обеспечивающие безопасную работу подземного сооружения на весь срок его существования.

Технология организации строительства промысловых газонефтепроводов

... строительства и эксплуатации трубопровода. Не допускается прокладка промысловых трубопроводов через населенные пункты, специальными нормами регламентируют минимальное расстояние от оси подземных промысловых трубопроводов ... месторождения осуществляют выбор трасс трубопроводов. При выборе трасс промысловых трубопроводов широко применяют математические методы проектирования по нескольким критериям ...

ЭТАПЫ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА

1. Исследования, проводимые на участке будущего строительства на стадии инженерно-геологических изысканий:

 выявление блочной структуры массива, расположения, мощности и

особенностей строения слоев геоблока; выявление активных зон разрывных

нарушений; установление общих закономерностей деформирования массива с

учетом его геологического строения;

 оценка напряженного состояния и деформаций в массиве и зонах

тектонических нарушений и их изменений во времени; определение опасных

участков массива, нарушение равновесия которых возможно при данном режиме

деформирования;

 прогноз возможных подвижек блоков, образование новых и

проявление уже имеющихся нарушений в массиве под воздействием естественных

и техногенных факторов.

2. Исследования, проводимые на стадии проектирования подземного сооружения:

•  уточнение блочной структуры массива; расположения, мощности и

особенностей строения слоев геоблока; детальное рассмотрение активных зон

разрывных нарушений;

 моделирование напряженно-деформированного состояния массива и

работы подземного сооружения в окружающем массиве (при постоянном

обновлении информации);

 прогноз подвижек блоков, образование новых и проявление уже

имеющихся нарушений в массиве под воздействием естественных и техногенных

факторов при помощи математического моделирования.

3. Исследования, проводимые на стадии строительства подземного сооружения (самый большой этап мониторинга):

 уточнение характеристик трещин путем их картирования и

моделирования; выявление погрешностей в оценке качества пород на предыдущих

этапах исследований с помощью визуального наблюдения, радарной и

сейсмической томографии, бурения скважин); реологический метод контроля;

 последовательное измерение напряжений в массиве методами

разгрузки и компенсации напряжений, на удалении от контура — методом

doorstopper; установка (по тем же направлениям) многоточечных скальных

экстензометров для контроля смещений контура выработки по мере ее проходки;

измерение величины модуля деформации породы и коэффициента Пуассона (как

по кернам, так и непосредственно в массиве); гидродинамические исследования;

• контроль сейсмической активности геоблока.

4. Постоянный мониторинг (контроль) состояния подземного сооружения и окружающего его массива в течение всего периода существования подземного объекта начиная с момента окончания строительства и ввода его в эксплуатацию.

5. Следует отметить, что в определенных условиях существует необходимость выделения еще одного этапа, на котором должны осуществляться необходимые мероприятия по ликвидации подземного сооружения или его перепрофилированию.

Категории зданий, сооружений и помещений по пожарной и взрывопожарной опасности

... Классификация зданий, сооружений и помещений по пожарной и взрывопожарной опасности 1.1 Цель классификации зданий, сооружений и помещений по пожарной и взрывопожарной опасности Классификация зданий, сооружений и помещений по пожарной и взрывопожарной опасности применяется для установления требований пожарной ... взрывчатые и имеющие высокую степень возгораемости вещества, а также трубопроводы, ...

3.2. СОЗДАНИЕ ОБЩЕЙ БАЗЫ ДАННЫХ МОНИТОРИНГА

Освоение городских территорий сопровождается значительными изменениями гидрогеологической обстановки, включая условия питания и разгрузки водоносных горизонтов, уровневый, температурный и химический режимы. Для обеспечения безопасности эксплуатируемых зданий и сооружений застройки в целом целесообразно собирать и объединять разрозненные данные, полученные в процессе мониторинга различных объектов. Так в Москве разработан и утвержден регламент мониторинга геоэкологических процессов.

Как отмечается в документе: «Регламент устанавливает порядок обмена, доступа, использования данных мониторинга геоэкологических процессов между участниками мониторинга в целях сбора и анализа информации о негативных геоэкологических процессах в недрах на территории города Москвы».

Документ предполагает сбор информации о действующих в рамках мониторинга скважинах (их около 200), а также исследование температуры и химического состава подземных вод. Полученные данные ученые тщательно проанализируют и обобщат. Например, повышенная кислотность подземных вод заставит обратить особое внимание на защиту подземных коммуникаций и фундаментов, поскольку излишне кислая вода разъедает их очень быстро.

Кроме того, специалисты намерены взять под контроль все утечки из водонесущих сетей, поскольку любой серьезный прорыв грозит обернуться трагедией. Например, хлынувшая из трубы горячая вода способна растворить известняковую породу в считанные минуты, и возведенное на такой породе здание может осесть или даже обрушиться.

Ученым, согласно документу, предстоит уточнить границы и глубину подземных водоемов, а также месторасположение так называемых карстовых воронок (то есть пустот).

Вся информация будет собираться и храниться в специальных регулярно обновляемых базах данных.

Несомненно, результаты таких исследований крайне важны и будут востребованы архитекторами-проектировщиками, сотрудниками МЧС, экологами. Они смогут лучше контролировать проблемные оползневые зоны, а также прогнозировать поведение грунта в районе новостроек.

4. ПРИМЕРЫ РЕАЛИЗАЦИИ НА

ПОДЗЕМНЫХ И ЗАГЛУБЛЕННЫХ В ГРУНТ

СООРУЖЕНИЯХ

Система мониторинга позволяет обеспечить безопасность эксплуатации существующих зданий при строительстве крупных подземных сооружений, отрывке котлованов, забивке свай. Без неё невозможно было бы строительство таких крупных и уникальных зданий, как Торгово-рекреационный комплекс «Охотный ряд» и Московский международный деловой центр «МоскваСити». Рис. 6. Грунтовые и

Впервые в нашей стране под техническим геотехнические условия руководством НИИОСП им. Н.М. Герсеванова былстроительства ТРК “Охотный построен крупнейший в Европе подземный Торгово-ряд” были чрезвычайно рекреационный комплекс (ТРК) «Охотный ряд» насложными. Манежной пл. в Москве.

В процессе проектирования расчеты конструкций подземного комплекса проводились с учетом истории изменений напряженно-деформированного состояния массива грунта, его первичного и последующего нагружения, сложных конструктивных схем сооружения, последовательности выполнения строительных работ и их технологических этапов. Был выполнен анализ влияния на конструкции комплекса негативных инженерногеологических процессов, таких как карст, суффозионные явления, набухание и пучение грунтов. Впервые был разработан научный подход к проблемам геотехнического прогноза и обеспечения безопасности окружающих зданий Рис. 7. Ограждающая и сооружений при подземном строительстве, а также конструкция котлована ТРК создана комплексная система мониторинга, включавшая в “Охотный ряд”. себя наблюдения за деформациями грунтового массива, уровнями подземных вод, деформациями тоннелей метро, осадками близлежащих зданий и перемещениями ограждающих и несущих конструкций строящегося комплекса. Комплекс работ был выполнен для сохранения естественных гидрогеологических условий и защиты ТРК от подземных вод. Осуществленная на практике программа научно-технического сопровождения проектирования и строительства ТРК «Охотный ряд» на Манежной пл. обеспечила высокую надежность принятых проектных решений, необходимое качество выполнения строительномонтажных работ, предотвратила изменение гидрогеологических условий площадки и гарантировала минимальные воздействия строительства как на инженерногеологическую среду, так и на близлежащие сооружения и здания. В последующие годы данная программа научного сопровождения стала эталоном при проектировании и строительстве других уникальных сооружений.

Другим крупнейшим объектом подземного строительства стал комплекс сооружений Московского международного делового центра (ММДЦ) «Москва-Сити», расположенный на левобережной террасе р. Москвы в районе Краснопресненской наб. Центральным ядром этого комплекса является многофункциональное сооружение, в состав которого входят пересадочный узел метрополитена, стоянки автомашин, магазины, выставочные, офисные и другие помещения. Центральное ядро запроектировано как восьмиэтажное здание, шесть этажей которого подземные. Здание имеет размеры в плане 125х47 м2. Глубина котлована 23 м от отметки планировки окружающей территории.

Главной особенностью ММДЦ “Москва-Сити” является беспрецедентное для Москвы вмешательство в условия существующей геологической среды, связанное с экскавацией огромных масс грунта на значительной территории и последующей передачей на основание нагрузок от проектируемых высотных зданий, величины которых выходят за пределы накопленного опыта строительства в Москве. Проектирование ограждающей и противофильтрационной конструкции по контуру Центрального ядра и примыкающих участков, устраиваемой Рис. 8. ТРК “Охотный способом «стена в грунте» и из буросекущихся свай,ряд” — крупнейший в Европе проводилось специалистами НИИОСП. Для выбораподземный комплекс. наиболее рациональных проектных решений необходимо было выполнить прогноз изменений напряженнодеформированного состояния грунтового массива на каждом из этапов строительства. Этот прогноз корректировался на основании результатов мониторинга.

Рис. 11. Разрез

Центрального ядра “Москва Сити”.

Рис. 10. Подземное

Рис. 9. Строительство строительство на участке № ММДЦ «Москва-Сити» 9 ММДЦ «Москва-Сити»

Системы мониторинга были задействованы при строительстве подземных частей многих зданий в Москве. Рис. 12. Котлован Среди крупных гражданских объектов можно назвать ММДЦ “Москва-Сити” культурно-бытовой центр Правительства Москвы,самый большой в Европе. Административное здание на Добрынинской ул., Берлинский Дом, подземный гараж на Олимпийском просп., гараж МИД РФ, Турецкий торговый центр, подземный гараж-стоянку для обеспечения лечебно-клинического корпуса больницы им. С.П. Боткина и др. В настоящее время выполняются работы по проектированию уникального подводного многоэтажного гаража под руслом Водоотводного канала в Москве. При проектировании этих объектов выполнялись расчеты конструкций тоннелей, прогноз влияния строительства на существующую застройку и окружающую среду, мониторинг на строительной площадке, разработки защитных мероприятий, создание регламентов на специальные виды геотехнических работ и др. Обеспечивалось научное сопровождение проектирования и строительства глубоких подземных сооружений для прокладки коммуникационных сетей и коллекторов. На основе данных мониторинга разрабатывался комплекс защитных мероприятий для предотвращения недопустимого влияния щитовой проходки на окружающие здания.

5. НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ МОНИТОРИНГА ТЕХНИЧЕСКОГО

СОСТОЯНИЯ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

5.1. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМПЛЕКСА ЭЛЕКТРОМЕТРИЧЕСКИХ

МЕТОДОВ ПРИ ОБСЛЕДОВАНИИ ГАЗО– И НЕФТЕПРОВОДОВ

Задачи исследования

 измерение защитных потенциалов системы катодной защиты

трубопроводов;

 поиск локальных дефектов и интегральная оценка качества

электроизоляции протяженных участков подземных трубопроводов;

•  трассирование трубопроводов и определение глубины их залегания;

определение наличия гальванического контакта подземных трубопроводов в местах их

пересечения;

 определение силы и направлений защитных токов установок катодной

защиты в разветвленных цепях;

 изучение геоэлектрических разрезов по трассам трубопроводов и

анодным заземлениям.

Методика исследований

Для решения задач вышеперечисленных задач предполагается использовать комплекс методов, основанный на использовании электрометрической аппаратуры «ЭРА», и включающий в себя:

 метод измерения защитных потенциалов (с омической составляющей) на

стационарных контрольно–измерительных пунктах и между ними;

 метод измерения поляризационных потенциалов трубопровода на

стационарных контрольно–измерительных пунктах с помощью датчиков электрохими ческого потенциала;

 метод трассирования трубопровода по магнитному полю основной

гармоники защитных токов (100 Гц);

 метод поперечного градиента электрического поля основной гармоники

защитных токов (100 Гц);

 метод бесконтактного определения (по магнитному полю) силы и

направле-ния постоянного защитного тока трубопровода;

 метод интегральной оценки переходного электрического сопротивления

трубопровода;

•  метод естественного электрического поля;
•  метод заряда;
•  метод сопротивлений (профилирование и зондирование).

Измерительная аппаратура

В качестве базовой электроразведочной станции используется универсальная аппаратура «ERA–MAX».

Основными преимуществами «ERA–MAX» являются

 высокая чувствительность и помехоустойчивость электрометрической

аппаратуры «ЭРА», не имеющей зарубежных аналогов по ряду своих характеристик;

 возможность бесконтактных измерений защитных токов и электрических

полей на участках с поверхностным покровом, исключающим или существенно

затрудняющим заземление приемных электродов (асфальтовое покрытие улиц и

автотрасс, сухие пески, снежно–ледовое покрытие);

 универсальность многоцелевой аппаратуры «ЭРА» по условиям

применения и решаемым задачам — инженерные изыскания; обследование

трубопроводов, шоссейных и железных дорог, гидротехнических сооружений;

• экология;
• обследование фундаментов зданий и подземных сетей городского хозяйства;

•  невысокая стоимость аппаратурного обеспечения.

Варианты представления полевых материалов

На рис. 13 показан пример обнаружения методом поперечного электрического градиента обширного участка повреждённой изоляции магистрального нефтепровода Омск– Туймазы.

Рис. 13. ОБНАРУЖЕНИЕ ДЕФЕКТА ИЗОЛЯЦИИ

На рис. 14 показан пример выделения с помощью метода естественного поля участка промыслового трубопровода с нарушенной электроизоляцией и интенсивным коррозионным процессом (Ромашкинское месторождение нефти; Татарстан).

Рис. 14. ОБНАРУЖЕНИЕ КОРРОЗИОННОГО ПОВРЕЖДЕНИЯ

На рис. 15 приведен пример использования метода заряда для поиска скрытой утечки промыслового трубопровода (Ромашкинское месторождение нефти; Татарстан).

Место вытекания водонефтяного рассола определяется на карте изолиний электрических потенциалов по существенному расширению области максимальных значений потенциалов.

Рис. 15 ВЫЯВЛЕНИЕ УТЕЧЕК ПРОМЫСЛОВОГО ТРУБОПРОВОДА

На рис. 16 приведен пример обнаружения с помощью метода заряда гальванических контактов между трубопроводами в точках 1, 2, 3 их пересечения (Ромашкинское месторождение нефти; Татарстан).

На рис. 16а изображена схема участка детальной съёмки. На рис. 16б приведён график измерений магнитного поля заряда по линии АА’. Помимо основного максимума магнитного поля (над заряженным трубопроводом) на графике отчётливо проявлены дополнительные максимумы над соседними трубопроводами. Последнее указывает на наличие гальванического контакта между трубами. С помощью предлагаемой технологии за 10 дней было обследовано 5 км нефтепромысловых трубопроводов. В 12 точках пересечения трубопроводов установлено наличие гальванического контакта труб. Вскрытие этих пересечений подтвердило геофизические данные и показало сильное коррозионное разрушения труб в местах их контакта. Последующие работы по восстановлению электроизоляции труб позволили существенно повысить эффективность антикоррозионной защиты трубопроводов.

Рис. 16 ОБНАРУЖЕНИЕ ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО КОНТАКТА МЕЖДУ ВОДОПРОВОДАМИ

На рис. 17 показаны результаты трассирования трубопроводов на участке распределительного узла магистрального газопровода Санкт–Петербург — Выборг.

Рис. 17 ТРАССИРОВАНИЕ ТРУБОПРОВОДОВ

Возбуждение электромагнитного поля на участке работ было произведено без подключения к трубопроводам, т. к. из–за утраченной технической документации положение трубопроводов было неизвестно. По этой же причине наблюдения с магнитной антенной были выполнены для двух ортогональных (X и Y) составляющих магнитного поля. Обработка и визуализация наблюденных данных позволила получить четкую картину расположения трубопроводов.

5.2. МОНИТОРИНГ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Решаемые задачи:

 разработка систем регионального гидрогеологического и

геоэкологического мониторинга;

 обоснование гидрогеологической и инженерно геологической наблюдательной сети в зонах возможного влияния

промышленныхобъектов (горных выработок, хранилищ отходов, атомных

электростанций и др.).

По заказу Министерства природных ресурсов Российской Федерации в Центре гидрогеоэкологии разрабатываются нормативно-методические документы по ведению мониторинга состояния недр в области влияния хранилищ радиоактивных отходов и атомных станций, а также по геоэкологическому обоснованию проектирования, эксплуатации и мониторинга хранилищ отходов промышленных предприятий; отдельное направление исследований посвящено проблеме трансграничных водных ресурсов.

Прикладные исследования базируются на традиционных и инновационных наукоемких полевых и информационных технологиях, внедрение которых в гидрогеологическую практику является приоритетным направлением исследований и работ, проводимых Центром в России и за рубежом. При этом учитывается передовой опыт работ и научные достижения российских и зарубежных организаций соответствующего профиля.

Основными объектами прикладных исследований являются:

•  железорудные месторождения КМА; Коршуновское железорудное

месторождение (Иркутская область); апатитовые и железорудные месторождения

Кольского полуострова;

•  месторождения алмазов Архангельской области и Якутии;
•  Соликамская группа месторождений калийных солей;
•  месторождения химического сырья Саян; централизованные системы

складирования ГСМ Минобороны РФ в Ленинградской, Архангельской и

Псковской областях.

 нефтяные месторождения Татарстана;

 месторождения пресных и промышленных вод Ленинградской и

Архангельской областей, Кольского полуострова, Карелии и провинции Альмерия

(Испания);

 объекты складирования и захоронения РАО в Ленинградской,

Томской и Челябинской областях;

 области потенциального воздействия АЭС (Кольской, Белоярской,

Ленинградской, Дальневосточной и Бушерской/Иран).

Комплекс полевых геофизических методов исследования:

 поиск очагов загрязнения подземных вод, мониторинг загрязнения

зоны аэрации,

 картирование пород водоносных комплексов и расчленение

геологического разреза на глубину,

 исследование фильтрации из водохранилищ (термометрические

методы), изучение морских интрузий, картирование разломов и тектонических

нарушений,

 геофизическое сопровождение миграционных экспериментов с

использованием скважин,

 поиск утечек коммунальных городских сетей (водопровод, тепло сеть, канализация),

 обследование нефте- и газопроводов

 оценка состояния фундаментов старых зданий и сооружений

В арсенале используемых геофизических методов:

 электроразведка – различные модификации профилирования и

зондирования методами сопротивлений, методы заряда и естественного

электрического поля;

 скважинные геофизические методы – каротаж, резистивиметрия,

термометрия, расходометрия;

•  эманационная радоновая и гелиевая съемки;

 метод ядерного магнитного резонанса, методы импульсной

электроразведки (методы вызванной поляризация и переходных процессов), метод

аудиомагнитотеллурического зондирования, георадиолокация, акустические

методы – по кооперации со специализированными организациями.

Методики геофизических исследований:

•  метод сопротивлений без заземлений с аппаратурой «ЭРА»;

 новая установка ВЭЗ для гидрогеологических исследований на

средних глубинах;

 калибровка гидрогеологических моделей по результатам съемки

фильтрационного естественного электрического поля.

Аппаратура и программное обеспечение:

•  электроразведочная аппаратура «ЭРА»;

 программы решения прямой и обратной задач электрозондирования

«IPI2WIN v.2.0», «IE2DL» (МГУ);

•  программа учета электромагнитной индукции кабеля «SG»;

 программа решения прямой задачи расчета фильтрационного

электрического поля «GWF&GEM».

5.3. ПРИМЕНЕНИЕ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ

Прошло немногим более года, как в Москве, на многофункциональном комплексе «ГРАДЭКС» (инвестор-застройщик концерн «МонАрх») были установлены первые датчики новой системы мониторинга на базе волоконно-оптических датчиков производства 000 «Мониторинг-Центр». Прошедший год стал переломным в судьбе уникальной системы, не имеющей аналогов в России.

Регулярные измерения, проводимые под руководством профессора МГСУ З.Г. ТерМартиросяна, дали ценнейшую информацию о текущем напряженно-деформированном состоянии здания во время строительства. Подтверждены расчетные оценки и проведен жесткий контроль технологии возведения здания с точки зрения показаний его основных параметров. За это время специалисты 000 «Мониторинг-Центр» разработали ряд методик монтажа системы в различных условиях стройки, снятия показаний во время строительства, организации диспетчерского пункта для постоянных регистрации данных. Практическая ежедневная работа на стройплощадке шла параллельно с научными изысканиями и дискуссиями в кругу коллег, а также среди инвесторов, все больше и больше проявляющих интерес к волоконно-оптическим измерительным системам. Спустя год научная лаборатория ООО «Мониторинг-Центр» пополнила свой арсенал 8 патентами, последние из которых имеют следующие названия:

 средство определения напряжений (Решение о выдаче патента на

изобретение по заявке 2006114607);

 измеритель деформации и способы измерения деформации

(варианты) (Решение о выдаче патента на изобретение по заявке 2006122050).

Сегодня волоконно-оптические системы мониторинга ставятся на 3 объектах в Москве, в том числе на многофункциональном комплексе штаб-квартиры SIEMENS совместно с центральным офисом АФК «Система», на 15 участке «Москва-Сити», идет работа над заказами оснащения высотных зданий в Санкт-Петербурге и Казани. Вчерашняя научная новинка уверенно превращается в стандартную строительную технологию европейского уровня.

5.4. СОВРЕМЕННЫЕ КОМПЛЕКСЫ ДЛЯ МОНИТОРИНГА

ДОРОЖНО-ТРАНСПОРТНЫХ СООРУЖЕНИЙ

ГУП «НИИМосстрой» приобрел передвижную дорожную лабораторию на базе автомобиля Ford Transit. Эта лаборатория предназначена для обследования конструктивных слоев дорожных одежд, определения коэффициента сцепления и ровности покрытия. В состав лаборатории вошел следующий комплекс оборудования:

1. Установка динамического нагружения ДИНА-3М, предназначенная

для испытания несущей способности (прочности) дорожных одежд автомобильных

дорог и аэродромов путем измерения упругого прогиба поверхности дороги под

действием расчетной нагрузки 50 кН.

2. Динамометрический прицеп ПКРС-2У, предназначен для

определения коэффициента сцепления и оценки ровности дорожных покрытий;

• нормальная нагрузка колеса на дорожное покрытие 3 кН; скорость движения при

определении коэффициента сцепления 60 км/ч.

3. Система измерения геометрических параметров дороги, состоящая из

двух гироскопических датчиков:

o датчик курса типа «Гироскопический агрегат Г-3М»

предназначен для измерения угла поворота автомобильной дороги при

движении по ней лаборатории;

o гироскопический датчик крена типа «Центральная

гировертикаль ЦГВ-4» предназначена для измерения продольного и

поперечного уклонов дорожного полотна.

4. Система видеосъемки автомобильных дорог электронный комплекс

«Видео 1» (датчик пройденного пути, цифровая фотокамера), используется для

проведения съемки видеоинформации по автомобильным дорогам, с последующим

занесением информации в банк данных. Электронный комплекс «Видео 1»

применяется при – паспортизации, диагностике, инвентаризации, оценке

содержания и контроле качества при строительстве и ремонте автомобильных

дорог.

5. Толчкомер ИР-2 используется для оценки ровности дорожного

покрытия, скорость движения при измерениях 50км/ч.

6. Георадар ОКО-2 с антенным блоком АБ-1700 предназначен для

определения толщины слоев дорожных одежд, выявления дефектов в твердом

покрытии, обследование постилающих грунтов с выявлением зон разуплотнения и

повышенной влажности; обследование строительных конструкций, определение

толщины стен и межэтажных перекрытий, обнаружение дефектов в строительных

конструкциях.

7. Установка для отбора образцов кернов из покрытия КП-151 и

выталкиватель образцов асфальтобетона из пресс-формы ВО-30.

8. Измеритель колейности – используется для измерения глубины колеи

на поверхности покрытия.

9. Специальный автомобиль на базе Ford Transit с комплектом

оборудования (АЦП, сумматор, датчик пути, кабельная разводка, блок

управления), бортовым компьютером.

К имеющемуся оборудованию прилагается соответствующее программное

обеспечение необходимое для проведения измерений и обработки полученных

результатов.

10. Определение прочности бетона неразрушающим методом, его

водонепроницаемости (АГАМА-3), воздухововлечение в бетонную смесь

(водопоглащение).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Современные системы мониторинга позволяют довольно точно измерить деформации, определить НДС конструкции и грунтов, дать оценку техническому состоянию объекта. С их помощью становится возможным контролировать процессы, происходящие с конструкцией, зданием и даже комплексной застройкой, прогнозировать развитие этих процессов и своевременно принимать необходимые меры. Это позволяет обеспечить безопасность строительства и эксплуатации зданий и сооружений.

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ:

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/geotehnicheskiy-monitoring-zdaniy-i-soorujeniy/

1. СП-13-102-2003. Правила обследования несущих строительных конструкций зданий и сооружений. М: ФГУП ЦПП, 2003.

2. Селезнев B.C. и др. Способ определения физического состояния зданий и сооружений, Патент РФ № 2140625, G01M7/00, 1998.

3. ТСН 13-311-01. Обследование и оценка технического состояния зданий и сооружений.

4. МГСН 2.07-97 Основания, фундаменты и подземные сооружения.

5. РД.22-01-97 Требования к проведению оценки безопасности эксплуатации производственных зданий и сооружений поднадзорных промышленных производств и объектов (обследования строительных конструкций специализированными организациями).

6. Обследование и испытание зданий и сооружений. Учебник для вузов. В. Г. Казачек, Н. В. Нечаев, С. Н. Нотенко.

7. Газета «Вечерняя Москва».

8. Официальный сервер Правительства Москвы.

9. Журнал «Инженерная геология».

10. Б.В. Ляпидевский, канд. техн. наук, Ю.И. Бушмиц, Л.Н. Котова, А.А. Хрупов,А.В. Никитин, Г.П. Родина, А.В. Гуреев, А.В. Безруков, В.В. Мосейкин «Рекомендации по правилам геотехнического сопровождения подземного строительства и прилегающего пространства».

11. Журнал «Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века».

ВОПРОС:

Каковы цели и задачи геотехнического мониторинга?