Институт геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН

Геотехнический мониторинг

Лаборатория грунтоведения и механики грунтов

Состав геотехнического мониторинга зависит от поставленных целей и объекта исследования – это могут быть контроль развития опасного геологического процесса (например, мониторинг за развитием оползневых деформаций), мониторинг грунтовой толщи основания здания (неравномерные осадки фундамента) и пр.

Также мониторинг может быть организован как на различных стадиях строительства сооружения, так и на этапе функционирования сооружения, а также за контролем эффективности защитных мероприятий, для обеспечения безопасной эксплуатации инженерных объектов (например, авто- и железных дорог). Также мониторинг может быть выполнен с целью выявления поверхности скольжения относительно активного оползня для проектирования мероприятий инженерной защиты.

Среди наших услуг:

• разработка концепции наблюдательной сети и ведение мониторинга за оползневыми смещениями (мониторинг оползней), включая инклинометрический мониторинг, экстензометрический мониторинг, глубинные репера, тензометрический мониторинг; автоматические системы контроля деформаций (в т.ч. оползневых);
• мониторинг за уровнем подземных вод,
• пьезометрическим уровнем (пьезометры, работающие в автоматическом режиме);
• наблюдения за осадками грунтовых оснований зданий (за равномерностью осадок здания) – в автоматическом режиме;
• за оседанием грунта над карстовыми полостями (при наличии угрозы проявления карстовых провалов над или вблизи зданий);
• контроль за устойчивостью откосов и бортов глубоких котлованов зданий, траншей, тоннелей и др.

 Геотехнический мониторинг, выполняемый нами, может осуществляться:

• в режиме посещения (периодические режимные наблюдения);
• в автоматическом режиме (полностью автоматический мониторинг, все точки контроля работают и передают информацию в режиме реального времени, т.е. в режиме «on—line»);
• частично автоматизированный мониторинг, часть точек контроля работают в автоматическом режиме (например, точки контроля уровня грунтовых вод (пьезометры) и горизонтальные экстензометрические створы за контролем оползневых подвижек), а часть точек – например, точки инклинометрического контроля для выявления глубины поверхности скольжения – в режиме посещения. При этом выезд на место проведения работ для выполнения инклинометрических замеров может осуществляться при фиксировании оползневых смещений по створам экстензометров, работающих в автоматическом режиме.

 При организации сети мониторинга за устойчивостью элемента геологической и сооружения, например, наблюдения за развитием опасного геологического процесса или наблюдения за равномерностью осадок здания важным этапом работ является разработка схемы мониторинговой сети. Для успешного выполнения работ необходимо следующее. При разработке схемы мониторинга нужно четко понимать цель планируемых наблюдений, разобраться с механизмом возможного развития деформаций на участке, выявить причины развития и активизации деформаций, а также определить предмет мониторинга (за какими элементами геологической среды и какими параметрами необходимо выполнять режимные наблюдения).

Схемы мониторинга. В зависимости от типа инженерного сооружения и геологических условий (в т.ч. рельефа местности, возможных опасных геологических процессов, негативного влияния изменения различных факторов, как например, подъем уровня грунтовых вод, изменение напряженно-деформированного состояния грунтового массива вследствие нагружения или подрезки склона, дополнительных нагрузок от зданий и сооружений и т.д.) разрабатываются различные схемы мониторинга. Это могут быть схемы мониторинга за опасным геологическим процессом (мониторинг за развитием оползневых деформаций на склонах вблизи сооружения – рис. 1б). С другой стороны точки контроля могут быть сосредоточены вблизи здания или инженерного сооружения, как например, на одном из объектов в Москве, где был организован мониторинг за осадками здания многофункционального гостиничного комплекса, уровнем грунтовых вод и за возможными деформациями грунтового массива вследствие развития карстовых деформаций (рис. 1а).

В некоторых случаях имеется необходимость организации наблюдательной сети как за массивом грунтового основания здания, так и устойчивости близ расположенного склона. Примером может служить гостиница в Саранске, которую начали возводить вблизи оползневого склона, но были вынуждены приостановить строительство в связи с активизацией оползневых процессов на прилегающем склоне (рис. 1в).

Подробнее можно ознакомиться в разделе «Выполненные работы».

 А) Б) В) 

Рис. 1. Схемы организации сети мониторинга на различных объектах: при строительстве многофункционального комплекса в карстоопасном районе в Москве (А), при строительстве железной дороги Адлер-Красная Поляна в Сочи (Б) и на объекте строительства гостиницы в Саранске на берегу р. Саранка (В).

На рисунке ниже (рис. 2) изображена часть структурной схемы системы автоматизированного мониторинга за элементами геологической среды, разрабатываемого и внедряемого в ИГЭ РАН.

Средства автоматизированного мониторинга

Рис. 2. Структурная схема системы автоматизированного мониторинга. БСПД – Блок сбора и передачи данных; УДС – Унифицированный датчик смещения; КРГП – Комплекс регистрации гидрогеодинамических полей; ЦСБ – Центр сбора информации.

 Как видно из рис.2, система представляет необходимый набор датчиков контроля, соединенных с соответствующими блоками сбора и передачи данных.

Все оборудование размещается в специальных колодцах, закрытых люками, что позволяет защищать его от несанкционированного доступа.

Блок сбора и передачи данных предназначен для сбора информации с цифровых датчиков по заданной программе и передачи собранной информации в центр сбора информации, который может быть оборудован в любом удобном Заказчику помещении. Все оборудование работает в автономном режиме либо от аккумуляторов ёмкостью 42 А-ч, которых хватает на 8-10 месяцев непрерывной работы, либо от сети. В данном случае информация от блока сбора и передачи данных передается в центр сбора информации по GSM каналу. Центр сбора информации может быть реализован на персональном компьютере, совместимом с IBM PC.

В программе мониторинга предусматриваются пороговые величины смещений, при превышении определенных значений контролируемых показателей может быть предусмотрено несколько уровне предупреждения и сигналов тревоги, например по принципу «светофора».

На рисунке ниже (рис. 3 представлено рабочее окно программы Центра сбора информации (ЦСБ), где в любой момент времени в режиме реального времени можно посмотреть данные со всех точек контроля, оборудованных на объекте и работающих в автоматическом режиме.

Рис. 3. Пример рабочего окна программы системы автоматизированного мониторинга на объекте Торгового центра «Июнь», построенного в Красноярске на берегу р. Енисей.

 При выполнении мониторинга за оползневыми деформациями на склонах нами используется итальянское и немецкое инклинометрическое оборудование, представленное ниже (рис. 4). Измерения проводятся в специально оборудованных скважинах (в скважине монтируется колонна инклинометрических труб, около трубное пространство тампонируется). Наблюдательная скважина оборудуется защитным антивандальным оголовком (рис. 5).

Рис. 4. Мониторинг за оползневыми деформациями с целью выявления величин оползневых смещений и глубины поверхности скольжения на одном из активных оползней в Сочи (п. Красная Поляна).

Рис. 5. Оборудование инклинометрической скважины для мониторинга за оползнем на федеральной трассе М-7 Волга (мониторинг за оползневыми деформациями) с целью выявления глубины поверхности скольжения и проектирования защитных удерживающих мероприятий.

 Обработанные данные геотехнического мониторинга за оползневыми смещениями представляют собой данные о развитии оползневого процесса во времени и по глубине.

Для примера на рисунке 6 представлены данные мониторинга на одном из активных оползней в Сочи. Данные приведены за месячный цикл наблюдений по оборудованному на участке створу экстензометра, работавшему в автоматическом режиме, и режимным наблюдениям по инклинометрической скважине, также пробуренной на оползне. Из графиков видно полное совпадение данных по экстензометрии и инклинометрии (за месяц смещения составили около 3 см), а поверхность скольжения выявлена на глубине 7,5 метров.

Стоит отметить, что чувствительность (разрешающая способность) применяемого в ИГЭ РАН оборудования составляет 0,02 мм для экстензометрии и 0,1 мм для инклинометрии, что позволяет с высокой точностью и достоверностью проводить наблюдения за оползневыми смещениями, а также за деформациями и осадками грунтовых оснований зданий и инженерных сооружений, построенных в различных инженерно-геологических условиях, за деформациями бортов котлованов, бортов карьеров и пр.

Рис. 6. Данные мониторинга (экстензометрия и инклинометрия) за оползневыми смещениями на одном из оползней в Сочи.

 В ИГЭ РАН разработан комплект оборудования для организации наблюдений за осадками фундаментов зданий (рис. 7). Приборы фиксации подвижек оборудуются по контуру здания и крепятся к фундаменту здания. Приборы располагаются в защищенных от доступа посторонних лиц колодцах, работают в автоматическом режиме и передают высокоточные данные об осадках фундамента в режиме реального времени в центр сбора и обработки информации. Приборы могут устанавливаться на любой стадии строительства.

Рис. 7. Схема устройства точки контроля для измерения осадки фундаментной плиты (разработка ИГЭ РАН).

 Измерительная часть точки контроля за карстовыми деформациями (ТКК) размещается в том же колодце, что и точка контроля осадок фундамента (ТКОФ). Посредством дополнительного датчика смещения, также прикрепленного к фундаменту, определяется осадка грунтового основания на уровне кровли покрывающих пластов, залегающих над карстующимися породами.

К слову, точка контроля за уровнем грунтовых вод (ТКУ), а именно измерительная ее часть может быть оборудована в том же в колодце, в скважине.

Система автоматизированного мониторинга работает в режиме охранной сигнализации, т.е. в каждом устройстве, которое контролирует один из параметров, можно выставить заранее порог срабатывания, при превышении которого будет послан сигнал тревоги в центр сбора информации. Сигналы тревоги посылаются также и при несанкционированном доступе к оборудованию.

 В результате анализа данных мониторинга имеется возможность:

• Дать оперативный прогноз изменений состояний грунтового основания для оценки геологической ситуации и обоснования решений по необходимым мероприятиям;
• Выявить причины изменения состояния грунтового массива и деформаций грунтового основания здания или сооружения;

• Интерпретировать результаты взаимосвязей показаний точек контроля по данным мониторинга состояния грунтового основания и конструктивных элементов здания и сооружений.

 

Институт геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН может создавать системы (подсистемы) автоматизированного мониторинга состояния грунтового основания зданий под ключ:

1. Рабочее проектирование
2. Поставка оборудования
3. Монтаж оборудования
4. Пуско-наладочные работы
5. Ввод в опытную эксплуатацию
6. Техническое сопровождение
7. Научное сопровождение

Институт геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН сертифицирован на данный вид работ по стандарту ГОСТ Р ИСО 9001-2001.

Оборудование Института геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН имеет соответствующие сертификаты.