lazarev_ag_i_dr_osnovy_gradostroitelstva
.pdfГлава 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.