Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

lazarev_ag_i_dr_osnovy_gradostroitelstva

.pdf
Скачиваний:
64
Добавлен:
29.09.2020
Размер:
8.76 Mб
Скачать

Глава 9. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИС-ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ЗАДАЧ ГЕОТЕХНИЧЕСКОГО

МОНИТОРИНГА ГОРОДСКИХ ТЕРРИТОРИЙ

Наличие обоснованного конструктивного решения и щадящей технологии ведения работ является необходимым, но недостаточ­ ным условием успешного строительства. Как показывает практи­ ка, на процесс производства влияет множество дополнительных фак­ торов: квалификация персонала, состояние техники, соблюдение рег­ ламента, щадящих технологических режимов ведения работ. Кроме этого, нельзя исключить и несоответствие расчетных схем, исполь­ зованных при геотехническом обосновании рабочего проекта и про­ екта производства работ, реальным условиям работы грунта и кон­ струкций.

Геотехнический мониторинг является инструментом оператив­ ного управления производством работ нулевого цикла. В междуна­ родной практике ни одна строительная площадка не обходится без мониторинга, который является также обязательным условием зак­ лючения договора о страховании строительного риска.

Цель геотехнического мониторинга — обеспечение надежности возводимой конструкции, сохранности окружающей застройки и коммуникаций.

Основной задачей мониторинга является фиксация превышения критериев безопасного ведения работ. Мониторинг оказывается эф­ фективным в том случае, если осуществляющая его геотехническая организация наделена правом приостановки работ при обнаруже­ нии превышения установленных критериев.

В сферу геотехнического мониторинга, помимо строительной пло­ щадки, входит:

геодинамический мониторинг;

геодезический мониторинг;

сейсмический мониторинг; ■— мониторинг оползней;

гидрогеологический мониторинг;

информационное обеспечение системы геотехнического мони­ торинга;

блок прогнозов.

9.1. ГЕОДИНАМИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ

Современное состояние и динамика изменений геологической среды и происходящие в ней процессы (ее деформации, вещественно-струк­ турные преобразования и т. д.) проявляются, как известно, целым рядом прямых и опосредованных индикаторов, которые и составля­ ют основу методов геодинамического мониторинга. В их числе:

деформации и смещения земной поверхности или некоторых тел в подземном пространстве города (геологических слоев и массивов горных пород, подземных выработок, инженерных сооружений и т. д.);

напряженное состояние массивов горных пород, его вариации и сопутствующие явления (горные удары, выбросы, пучение и

обрушение стенок выработок и т. д.);

пространственно-временные вариации трещиноватости среды и предопределенных ею проницаемости и потоков флюидов, газов и тепла, гидрогазогеохимических аномалий.

сейсмические явления и сейсмическая анизотропия среды.

пространственно-временные вариации характеристик геофи­ зических полей (гравитационных, магнитных, электрических, акустических, температурных, радиационных).

9.2. ГЕОДЕЗИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ

Геодезические методы давно и успешно применяются на террито­ рии городов при проведении различного рода изыскательских, ин­ женерно-геологических, горно-проходческих, строительных, конт­ рольно-эксплуатационных и других работ. В результате сложилась весьма густая измерительная сеть.

Их измерительные марки установлены как в специально зало­ женных стандартных грунтовых реперах (в том числе глубинных,

опирающихся на известняки), так и в фундаментах, стенах и на крышах зданий. В большинстве своем они обеспечивали решение задач инженерно-строительного комплекса и не были рассчитаны на получение результатов с высокой точностью, необходимой для изучения геодинамических процессов в условиях платформы. Кро­ ме того, разные ведомства и службы для своих нужд использовали различные исходные модели и системы вычислений, что делает по­ лученные данные трудными для совместного использования в гео­ динамических исследованиях.

Тем не менее, специальная выборка данных повторных нивелиро­ ваний может показать, что дифференцированные современные движе­ ния земной поверхности, имеющие, скорее всего, структурно-тектони- ческую природу, проявились достаточно определенно. Это является обнадеживающим фактом, подтверждающим целесообразность по­ становки геодезического мониторинга современных движений и де­ формаций земной коры на территории.

Главной задачей геодезического мониторинга является наблюде­ ние за современными движениями и деформациями геологической среды. В эту задачу входят:

определение компонента деформаций по изменениям измерен­ ных элементов геодезических сетей;

выявление участков, проявляющих наибольшую активность в поле современных движений;

установление и разделение факторов, определяющих современ­ ные движения и деформации;

построение карт современных движений земной поверхности и динамики этих движений;

прогноз развития негативных явлений по данным о совре­

менных движениях.

Необходимость специализации этой части РГГС вызвана особы­ ми требованиями по местоположению реперов, геометрии сети, тех­ нологии измерений и обработки их результатов, периодичности и режиму измерений, по учету факторов, которые должны принимать­ ся в расчет.

В соответствии с этими требованиями большинство измеритель­ ных реперов должны быть заложены преимущественно в естествен­ ных грунтах. Геометрия геодинамической сети исходит из актив­ ной (новейшей) геологической структуры, чтобы наилучшим обра­

зом фиксировать особенности смещения и деформаций как отдель­ ных элементов этой структуры, так и их совокупностей, а также в расчете на возможность вычленения причинно-разнородных общ их

илокальных движений.

Вдальнейшем предполагается естественное развитие этой сети, некоторая ее трансформация с усложнением задач (по мере их появления и конкретизации), структуры сети, режимов наблюде­ ний и т. д. Успех геодинамических исследований обеспечивается за счет соблюдения режима и повторяемости измерений, а такж е сохранности и поддержки измерительных сетей. Кроме того, необ­

ходимо осуществлять тесное их сопряжение с измерениями на сей ­ смометрических сетях, а также с геофизическими (гравиметричес­ кими, магнитометрическими, деформометрическими и наклоно-мер- ными) измерениями на геофизических обсерваториях. Но это уж е проблема организации комплексного геодинамического мониторинга в будущем.

9.3. СЕЙСМИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ

Сейсмический мониторинг является составной частью геотех­ нического мониторинга, он обеспечивает получение характеристик сейсмических колебаний от различных источников естественного и техногенного происхождения и позволяет оценить воздействие этих колебаний на объекты и сооружения города. Создание авто­ матизированных локальных наблюдательно-прогностических (о х ­ ранных) сетей больших городов и особо ответственных объектов является одной из главных задач федеральной целевой программы «Развитие Федеральной системы сейсмологических наблюдений и прогноза землетрясений» (1995-2000 гг.).

Эффективность локальных охранных сетей обусловливается их высокой чувствительностью к сейсмодеформационным процессам в земной коре, высокоточным определением координат эпицентров и глубин очагов землетрясений, возможностью картирования потен­ циальных очагов активизации и объемного (сейсмотомографического) моделирования геологической среды по скоростным и энергети­ ческим характеристикам сейсмических волн. Обеспечивая получе­ ние важной фактической информации о поведении полей тектони­ ческих напряжений и слабых землетрясений, локальная сейсмосеть

становится незаменимым инструментом при прогнозе очагов де­ формаций в земной коре, которые могут приводить к более сильным землетрясениям.

Основными задачами сейсмических наблюдений как составной части геотехнического мониторинга являются:

постоянная оценка параметров сейсмического режима в зоне наблюдений с целью определения динамики природных и тех­ ногенных процессов и прогноза опасных сейсмических явле­ ний в зоне контроля;

выявление участков, наиболее активно реагирующих на тех­ ногенные воздействия;

установление факторов и источников, приводящих к росту сей­

смической активности, и выработка критериев безопасности техногенной деятельности в контролируемой зоне.

Достижение конечной цели осуществляется поэтапно, путем со­ здания базовой системы сейсмического контроля и ее последующего эволюционного развития с учетом опыта эксплуатации, накоплен­ ных данных наблюдений. При этом решаются следующие основные задачи:

непрерывная регистрация сейсмических сигналов и микросейсмического фона;

обнаружение сейсмических источников в зоне контроля и оцен­ ка их параметров;

регистрация времени в очаге;

местоположения;

мощности (энергетического класса);

ведение базы данных о сейсмических источниках, регистриру­ емых в зоне контроля;

оценка характеристик микросейсмического фона;

ведение архива данных регистрации сейсмических сигналов и микросейсмического фона.

Сейсмоприемники в большинстве пунктов наблюдения могут быть установлены на полу подвалов зданий. Регистрация сейсмических сигналов осуществляется на магнитные диски и магнитную ленту в старт-стопном режиме (по обнаружению сигналов). Микросейсмический фон регистрируется в таймерном режиме (на заданных вре­ менных интервалах).

Данные регистрации со всех пунктов наблюдения сети должны собираться с периодичностью один раз в неделю и направляться в единый центр, где они обрабатываются, архивируются и переносятся на ГИС-основу. Центр должен обеспечивать:

сбор и контроль цифровой сейсмической информации, п осту­ пающей из пунктов наблюдения сети;

подготовку этой информации для последующей обработки;

обработку информации для оценки характеристик сейсмичес­ ких сигналов и фона, а также параметров сейсмических и с­ точников;

архивацию поступающих из пунктов наблюдения данных ре­ гистрации;

ведение базы данных обработки сейсмической информации;

формирование и выпуск бюллетеней сейсмической обстановки и донесений в компетентные органы по согласованной с ними

форме.

• передача данных, полученных из пунктов наблюдения на ГИСоснову.

В системе сейсмического мониторинга предусматривается переда­ ча пользователям информации о сейсмической ситуации в городе в следующих видах:

срочное донесение о чрезвычайной ситуации (регистрация зем ­ летрясения, взрыва или другого источника в контролируемой зоне выше заданного порога мощности). Донесение должно содержать информацию о времени, местоположении, мощности

иоцениваемом характере источника (взрыв, землетрясение или др.). Оно должно быть согласовано с пользователем о форме

исодержании, порядке и оперативности его подачи (по теле­ фону, факсу, нарочным с ограничением доставки информации

во времени).

донесение по запросу пользователя. Содержание, форма, поря­ док и оперативность подачи донесения могут указываться в запросе или быть предварительно согласованными.

извещение о сейсмической ситуации в городе за определенный временной интервал (например за месяц) может формировать­ ся в виде бюллетеня. Форма и содержание бюллетеня, а такж е периодичность его выпуска и порядок доставки пользователю согласуются заранее.

9.4. МОНИТОРИНГ ОПОЛЗНЕЙ

Целью мониторинга оползней является информационное обеспе­ чение организаций, принимающих управленческие решения, сведе­ ниями о характере и активности оползневого процесса на террито­ рии города и возможности его негативного воздействия на конкрет­ ные хозяйственные объекты и ценные территории.

Задачи мониторинга состоят в выявлении пораженности терри­ тории оползневыми процессами, изучении их природы, закономерно­ стей возникновения, развития во времени, распространения по пло­ щади и прогнозировании их дальнейшего развития.

Слежение и контроль за развитием оползней ведутся посред­ ством периодических обследований оползневых участков. В ходе наблюдений выявляются все оползнепроявления, которые фиксиру­ ются на геоинформационной карте. И к ним должна подключаться база данных, в которой описываются визуально определяемые усло­ вия формирования оползней, характер оползнепроявлений (размеры, состояние сместившегося материала, длина его пути, давность сме­ щения и т. д.), а также факторы, вызвавшие возникновение или активизацию процесса.

Мониторинг осуществляется, главным образом, на участках раз­ витых глубоких оползней с использованием широкого спектра ме­ тодов:

высокоточных геодезических измерений величин и скоростей оползнепроявлений по системе грунтовых реперов, установ­ ленных в виде створов от бровки склона до его основания в различных частях оползневых участков;

упрощенных инструментальных наблюдений по системе ма­ рок и штырей за изменением размеров стенок срыва оползней, размеров оползневых трещин, перемещением быстросмещающихся частей оползневых тел;

инструментальных наблюдений за деформациями в глубине массива по глубинным реперам различных конструкций (тро­ совым, трубчатым, электрическим и др.).

9.5. ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ

Создание наблюдательной сети пьезометрических скважин ока­ залось своевременным, поскольку позволило отследить наиболее су­

щественные за 40 лет изменения гидрогеологической обстановки. Эти изменения были связаны с беспрецедентно высоким ростом утечек из водонесущих коммуникаций города.

Сеть наблюдений за подземными водами предназначена для сле­ жения за их уровневым, температурным и химическим режимом, а также для адаптации геофильтрационных и миграционных моде­ лей.

Сеть наблюдательных пунктов в г. Ростове на конец 1998 года состояла из 130 наблюдательных скважин как государственной сети наблюдений, так и объектных сетей наблюдений.

По итогам измерений в скважинах наблюдательной сети и учета водоотбора планируется создание автоматизированной базы данных, которая будет привязываться к ГИС-основе.

В обычном режиме работы гидрогеологическая обстановка в городе может уточняться с использованием геофильтрационных моделей.

Геологический мониторинг осуществляется путем ведения базы данных по инженерно-геологическим изысканиям городской тер­ ритории.

9.6. ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМЫ ГЕОТЕХНИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА

Информационное обеспечение системы геотехнического монито­ ринга основано на поддержании баз данных, содержащих картогра­ фическую и фактографическую информацию.

Картографическая база (ГИС) представлена сериями карт, содер­ жащих информацию о самом городе, рельефе, речной сети, функцио­ нальном использовании территорий, о гидрологической и геологи­ ческой обстановке. На специальных картах представлена информа­ ция, характеризующая геологическое строение и гидрогеологичес­ кие условия на территории самого города. Эти карты хранятся в памяти ЭВМ и могут быть проанализированы с использованием ГИС-технологий и распечатаны. Кстати, большинство картографи­ ческих иллюстраций, характеризующих гидрогеологические и гео­ логические условия, выполнены с карт, хранящихся в базе данных с использованием компьютерных технологий.

Фактографическая база содержит сведения о физико-механичес­ ких свойствах пород, качестве подземных вод, результатах наблюде­

ний за уровнем подземных вод по различным водоносным горизон­ там.

9.7. БЛОК ПРОГНОЗОВ

Этот блок представляет собой программную систему, реализую­ щую математические модели, которые обеспечивают решение разно­ образных задач, связанных с оценкой влияния хозяйственной дея­ тельности на недра земли, и наоборот, влияние недр земли на жилой фонд. Прежде всего это — моделирование изменения напряженнодеформированного состояния зданий с учетом изменения глубины залегания грунтовых вод и изменения геологической обстановки. Эти изменения, как уже говорилось выше, связаны с утечками из водонесущих коммуникаций, неразвитостью дренажных систем, засыпкой овра­ гов и речек, изменением условий питания подземных вод.

Нами было выполнено моделирование изменения напряженно-де- формированного состояние жилых зданий города Ростова-на-Дону с учетом реальных геологических условий. Моделирование проводи­ лось на зданиях различных категорий по техническому состоянию. Варьировался уровень подъема грунтовых вод. Моделировался по­ этапный подъем уровня грунтовых вод с шагом, соответствующим ежегодному подъему УГВ по данным наблюдений за последние 40 лет.

Таким образом, появляется возможность прогнозирования изме­ нения технического состояния объектов городской застройки на различные периоды времени в случае сохранения тенденции ежегод­ ного подъема УГВ. Система прогнозирования является эффектив­ ным средством при принятии решений, связанных с градострои­ тельной деятельностью как при разработке генеральных планов раз­ вития всего города, так и на уровне проектов отдельных его районов и сооружений. Прогнозирование с использованием подобной ком­ пьютерной информационной системы позволяет избежать неблагоп­ риятных последствий при освоении территории города, выбрать наи­ более оптимальный вариант при проектировании и свести к мини­ муму риск катастрофических явлений.

Геотехнический мониторинг позволит:

1.Анализировать инженерно-геологическую обстановку региона и прогнозировать изменение инженерно-геологических условий.

2.Анализировать изменения уровня грунтовых вод.

3.Анализировать техническое состояние жилищного фонда го­ рода в зависимости от инженерно-геологических условий и уровня грунтовых вод.

4.Прогнозировать возможное изменение технического состоя­ ния жилищного фонда в зависимости от инженерно-геологи- ческих условий.

5.Прогнозировать возможности реконструкции и нового строи­ тельства в черте города.

6.Осуществлять постоянный мониторинг изменения инженер­ но-геологической обстановки.

7.Решать градостроительные задачи, имея реальную геологичес­ кую подоснову.

8.Значительно сократить объем инженерно-геологических изыс­ каний под новые строения и существующую застройку.

9.Производить оценку участков застройки.

10.Повысить качество принятия управленческих решений при разработке целевых программ по эксплуатации жилищного фонда.

11.Повысить достоверность проведения экспертиз проектов.