Дистанционные методы исследований

 

Среди дистанционных методов наблюдений в системе мониторинга геологической среды используются две основные группы способов: аэрокосмические и геофизические.

Основными видами дистанционных аэрокосмических методов исследования геологической среды, которые могут с успехом использоваться в системах мониторинга, являются фотосъемка, телевизионная, инфракрасная, радиотепловая, радиолокационная радарная и многозональная съемка. Практически все эти методы полезны при оценке техногенных изменений геологической среды, поиске ореолов загрязнений, оценке динами­ки техногенных изменений геологической среды и т.д.

Среди дистанционных в системе мониторинга геологической среды чаще всего используются методы аэрокосмического дешифрирования. При этом в зависимости от масштаба съемки могут применяться снимки различного масштаба.

В настоящее время среди дистанционных методов, успешно при­меняемых при мониторинге природной среды, в том числе геологи­ческой, является многозональная аэрофотосъемка и многозо­нальная аэрокосмическая фотосъемка. Снимки выполняют в различных диапазонах спектра и в итоге получают своеобраз­ный «спектральный образ» того или иного объекта геологической среды (почв, поверхностных грунтов, асфальтовых покрытий, инже­нерных сооружений, водной поверхности). Среди дистанционных методов контроля большого количества объектов, расположенных на значительных площадях, особое место занимает тепловая съемка, выполняемая в среднем и даль­нем диапазонах инфракрасной области электромагнитного спектра. Регистрируется в основном собственное тепловое излуче­ние, интенсивность которого определяется температурой и состоя­нием излучающей поверхности. Тепловая съемка дает хорошие результаты для об­наружения таких техногенных воздействий, как сбросы загрязнений в поверхностную гидросферу, выбросы загрязнений в атмосферу, утечки из различных накопителей жидких отходов, из оросительных систем, наземных и подземных коммуникаций (в том числе теплосетей), наличие зданий и сооружений в зоне развития многолетнемерзлых пород, очаги самовозгорания в толще накоплений различного горючего материала. Радиолокационная съемка, выполняемая в СВЧ-диапазоне, позволяет получить более обширную информацию, чем те­пловая съемка, но основные успехи применения этого метода также связаны с наблюдениями за изменениями влажности поверхностного слоя грунтов и почв и положения уровня грунтовых вод. В связи с этим в системе мониторинга геологической среды метод радиолокационной съемки осо­бенно эффективен для контроля тех техногенных воз­действий, которые влияют на режим влажности пород зоны аэрации и на уровень поверхности грунтовых вод.

Для наблюдения за про­цессами, происходящими в толще пород, используют­ся различные дистанционные геофизические методы исследова­ний. Успешное использование геофизических методов наблюдений в системе мониторинга геологической среды обеспечивается тщатель­ным продумыванием и обоснованием схемы измерений, рациональ­ным комплексированием методов, надежными методами обработки информации. Большим преимуществом геофизических методов на­блюдений в системе мониторинга является возможность получения непрерывной режимной информации по ряду процессов.

Среди основ­ных геофизических методов, применяемых в мониторинге геологи­ческой среды, необходимо отметить методы непрерывного сейсмоакустического профилирования, электрических зондирований, есте­ственного электрического поля, термометрии.

 

Наблюдательные станции

Наблюдательные станции на земной поверхности закладывают при появлении деформаций следующих объектов:

– промышленных зданий (заводских цехов, обогатительных фабрик, рудничных мастерских, надшахтных зданий и зданий подъемных машин);

– линий железных дорог и транспортных сооружений (мостов, путепроводов, виадуков);

– инженерных сооружений (водонапорных башен, дымовых труб, шахтных копров, бункеров, электроподстанций, опор линий электропередачи, газопроводов и нефтепроводов);

– технологического оборудования (шахтных подъемных машин, вентиляторов, оборудования обогатительных фабрик и закладочных комплексов, котлов, металлообрабатывающих станков длиной более 6 м, подкрановых путей и т. д.);

– санитарно-технических сетей (водопроводов, теплопроводов, канализационных сетей);

– водных объектов (рек, каналов, водохранилищ, хвостохранилищ и шламоотстойников);

– действующих карьеров, склонов гор, на которых могут возникать оползни.

На наблюдательных станциях определяют величины деформаций зданий и сооружений, их фундаментов и земной поверхности. С этой целью в зданиях и сооружениях и их фундаментах устанавливают стенные реперы, маяки, замерные марки, датчик или другие замерные устройства, а на земной поверхности вблизи объектов закладывают линии грунтовых реперов.

Плановую и высотную привязку реперов, наблюдения за грунтовыми и стенными реперами,  марками в вертикальной и горизонтальной плоскостях выполняют геодезическими методами.

Стенные реперы (марки) закладывают в фундаментах или цоколях ниже слоя гидроизоляции по всему периметру здания через равные интервалы от 4 до 10 м. На каждой стороне здания должно быть заложено не менее трех стенных реперов. Расстояния между реперами в каркасных зданиях должны соответствовать шагу основных колонн (столбов). Стенные реперы закладывают непосредственно в наружных колоннах или их фундаментах. В отдельных случаях закладывают реперы и во внутренних колоннах, а также в балках перекрытий.

Грунтовые реперы закладывают против стенных реперов на расстоянии не менее 1,5 м от фундамента, но не ближе 0,5 м от отмостки.

Наблюдения на станции заключаются в нивелировании стенных и грунтовых реперов, измерении горизонтальных расстояний между ними и наблюдении за деформациями зданий путем визуального осмотра. При этом особое внимание необходимо обращать на состояние несущих конструкций (наличие трещин, отклонений от первоначального положения, прогибов).

В зданиях и сооружениях устанавливают комплекс датчиков, приборов и приспособлений, с помощью которых проводят наблюдения за напряжениями и деформациями в конструкциях зданий. В таких случаях наблюдения обычно выполняют с привлечением специализированных организаций.

При появлении в стенах, колоннах и других частях зданий и промышленных сооружений трещин устанавливают маяки для наблюдения за изменением размеров трещин. Ширину и длину трещин, а также дату измерения записывают в журнал. Для непосредственного измерения ширины раскрытия трещин применяют: измерительный клин, прозрачный трафарет с нанесенными на него линиями различной толщины, стальную линейку. Для измерения трещин в недоступных местах применяют глазомерную оценку ширины трещины по сравнению с непосредственно измеренными трещинами на ближайшем участке.

При появлении первых признаков деформации зданий (возникновение первых трещин в стенах, раскрытие осадочных швов в зданиях с конструктивными мерами защиты) необходимо провести дополнительные наблюдения по реперам наблюдательной станции и зафиксировать все видимые проявления деформаций зданий независимо от ранее намеченной программы наблюдений.

Для промышленных зданий и сооружений, имеющих ответственные агрегаты, например мостовые краны, сложные станки, механизмы и другое оборудование, необходимо проводить наблюдения за изменением их положения в плане и по высоте.

При наблюдениях за подкрановыми путями мостовых кранов проводят нивелировку головок рельсов, измерение ширины колеи и зазоров на стыках рельсов. На колоннах, несущих подкрановые пути, устанавливают стенные реперы, по которым проводят нивелировку и измерение,   как в продольном, так и в поперечном направлении.

В фундаментах станков и другого оборудования закладывают не менее четырех реперов и выполняют нивелирование, позволяющее определять наклоны фундаментов в любых направлениях. При появлении трещин в фундаментах устанавливают маяки и проводят наблюдения за изменением размеров трещин.

При деформациях полотна железных дорог закладывают наблюдательные станции, включающие:

– линии грунтовых реперов вдоль основания полотна железной дороги для получения величин деформаций земной поверхности под полотном железной дороги;

– линии забивных реперов на верхней площадке земляного полотна между бровкой откоса полотна и балластной призмой для получения данных об оседаниях и горизонтальных сдвижениях полотна железной дороги и определения мест и объемов ремонтных работ.

Наблюдения на станции включают нивелирование реперов и измерение расстояний между ними. На профильных линиях, заложенных вдоль полотна, следует измерять ординаты для определения поперечных сдвижений полотна.

Одновременно с наблюдениями прово­дят измерение зазоров в стыках рельсов и нивелирование головок рельсов. Собирают также сведения о проведенном ремонте верхнего строения пути (подсыпка балласта, разгонка стыковых зазоров).

При деформациях трубопроводов проводят наблюдения за деформациями земной поверхности, напряженно-деформированным и техническим состоянием трубопровода. Для наблюдений за деформациями земной поверхности в зоне деформации трубопровода закладывают грунтовые реперы вдоль трубопровода. Расстояние между реперами должно составлять 10–15 м.

Инструментальные наблюдения включают нивелировку грунтовых реперов и измерение расстояний между ними.

Для наблюдений за состоянием трубопроводов в зонах наибольших ожидаемых деформаций земной поверхности их вскрывают специальными колодцами, шурфами и траншеями, которые при секционных трубопроводах располагают в местах стыковых соединений. Наблюдения за напряженно-деформированным состоянием трубопроводов в зависимости от их назначения и конструкции включают:

– для стальных подземных и наземных напорных трубопроводов измерение деформаций труб в отдельных точках, вычисление растягивающих напряжений и проверку условий прочности (выполняют специализированные организации) в случаях, когда расчетные деформации земной поверхности превышают допустимые для данного трубопровода;

– для подземных и наземных секционных трубопроводов измерение подвижек стыковых соединений и проверку компенсационной способности стыков. С этой целью по обе стороны стыко­вого соединения должны быть намечены постоянные точки для систематического измерения расстояния между ними;

– для самотечных трубопроводов наряду с наблюдениями за состоянием и работой стыковых соединений нивелировку дна лотков и трубопроводов, а также проверку условий самотечности;

– для эстакадных трубопроводов инструментальные измерения оседания и горизонтального перемещения опор и их наклонов, продольного и поперечного перемещения трубопровода на опорах, а также фиксацию и замер повреждений опор.

Одновременно с инструментальными наблюдениями проводят визуальное обследование трассы трубопровода. При этом фиксируют состояние колодцев, утечки транспортируемой жидкости, взаимное перемещение грунта (опор) и труб, а также другие видимые проявления деформаций трубопровода и земной поверхности.

При деформациях высоких инженерных сооружений с малой площадью опоры (дымовые трубы, водонапорные башни, бункер опоры ЛЭП, телевизионные и радиорелейные башни) в фундаментах сооружений закладывают стенные реперы, а против них и по периметру основания на удалении не менее    2–3 м от фундамента грунтовые реперы. Кроме нивелирования стенных и грунтовых реперов проводят наблюдения за наклонами сооружений.

При эксплуатации водохранилищ, хвостохранилищ, прудов и других водных объектов, имеющих искусственные сооружения в виде плотин, дамб, водосливных устройств, водопропускных лотков или каналов, выполняют инструментальные и визуальные наблюдения за состоянием этих сооружений.

Инструментальные наблюдения включают нивелирование и измерение расстояний между реперами, заложенными по верхнему гребню и у основания плотин и дамб, а также установленными в водосливных устройствах и облицовке лотков и каналов. Визуально фиксируют все видимые проявления деформаций в сооружениях (трещины, просадки, просачивание воды).