CC BY
517
АНАЛИЗ УСТОЙЧИВОСТИ РЕПЕРОВ,
ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ДЛЯ НАБЛЮДЕНИЙ ЗА ДЕФОРМАЦИЯМИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ В ЮЖНОЙ ЗОНЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ
Иван Сергеевич Калинченко
Омский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина, 644008, Россия, г. Омск, ул. Институтская площадь, 2, аспирант кафедры геодезии и дистанционного зондирования, тел. (983)624-68-02, e-mail: train_spotting@mail.ru
В статье рассмотрен анализ устойчивости реперов различными способами. Выявлено, что в южной зоне распространения многолетнемерзлых грунтов устойчивость реперов трудно обеспечить. Рассмотрена возможность применения законсервированных разведочных скважин в качестве фундаментальных реперов.
Ключевые слова: устойчивость реперов, южная зона распространения многолетнемерзлых грунтов, законсервированные разведочные скважины.
STABILITY ANALYSIS FRAME, USED TO MONITOR THE DEFORMATION OF BUILDINGS AND STRUCTURES IN THE SOUTHERN ZONE OF PERMAFROST
Ivan S. Kalinchenko
Postgraduate Surveying and Remote Sensing Omsk State Agrarian University named after Pyotr Stolypin, 644008, Russia, Omsk, Institute's Square, 2, tel. (983)624-68-02, e-mail: train_spotting@mail. ru
In the article the analysis of the stability of frames in different ways. Found that, in the southern zone of permafrost stability of frames is difficult to provide. The possibility of using suspended exploratory wells to be fundamental reference points.
Key words: stability of frames, southern permafrost zone, preserved exploration wells.
Многие промысловые сооружения и объекты инфраструктуры нефтегазового комплекса построены в России в сложных геокриологических условиях. На исследуемом нефтегазодобывающем месторождении, расположенном в южной зоне многолетнемерзлых грунтов, геодезической высотной опорой для одной из установки комплексной подготовки газа (далее объект), служат восемь глубинных реперов. В соответствии с [1] глубинные геодезические реперы должны сохранять стабильность высотного положения в течение всего времени эксплуатации контролируемого объекта и гарантировать определение осадки сооружении с необходимой точностью. Опыт наблюдений [2,3] показывает, что вследствие различных причин, которые трудно учесть, устойчивость реперов нарушается. Для обеспечения необходимой и достаточной точности результатов наблюдений за осадками сооружений, исследуемого объекта, проводят контроль за устойчивостью реперов высотной основы. С этой целью между глубинными реперами прокладывают ходы по программе нивелирования II второго класса, а затем вычисляют их отметки. При этом возникает проблема
обоснованного выбора начальной плоскости отсчета, относительно которой следует вычислять отметки самих реперов и их вертикальные смещения, а также самой оценки стабильности реперов.
Нами была проанализирована устойчивость реперов исследуемого объекта, способами, описанными в геодезической литературе [4]. В первой группе рассмотрены способы, в основе которых лежит принцип неизменной отметки одного из наиболее устойчивых реперов сети.
Способ сравнения превышений, предложенный А.Д. Соловьевым был, отвергнут, так как он предназначен не более чем для трех реперов, в нашем случае трудно проследить за изменением положения каждого репера и надежно выявить реперы изменившие высоту, анализировать устойчивость реперов этим способом затруднительно.
Способ А. Костехеля. Давая общую оценку способу, следует заострить внимание на том, что со временем, количественная характеристика изменения стабильности реперов увеличивается (табл. 2). И при определении границ устойчивости или неустойчивости реперов репер определенный как наиболее устойчивый в текущем цикле наблюдений (табл. 1) может оказаться за вычисленной границей устойчивости и его полагается исключить из данного цикла наблюдения.
Таблица 1
Расчет наиболее устойчивого репера по способу Костехеля
исходный репер звенья сети [те]
циклы !-М с 8 исходными реперами
Грп №1 1-2 1-3 1-4 1-5 1-6 1-7 1-8 697,8
V -3,0 -5,0 -6,1 -8,6 -10,2 -13,9 -16,0
vv 9,0 25,0 36,6 74,0 104,0 193,2 256,0
Грп №3 3-4 3-5 3-6 3-7 3-8 3-1 3-2 13,5 тт
V 1,0 0,4 0,8 -0,9 -1,0 1,0 3,0
vv 0,9 0,2 0,6 0,8 1,0 1,0 9,0
Грп №8 8-1 8-2 8-3 8-4 8-5 8-6 8-7 18,5
V 2,1 1,2 1,3 2,4 1,9 0,3 -1,3
vv 4,4 1,4 1,7 5,5 3,6 0,1 1,7
Таблица 2
Сравнительная таблица отметок реперов в текущих циклах нивелирования по отношению к первому (в мм)
№ репера 11-1 111-1 1У-1 У-1 У1-1 У11-1 У111-1 1Х-1 Х-1 Х1-1
Грп 1 -4,2 -3,8 -4,4 -2,65 -1,05 0,95 0,5 -0,55 -4,95 -7,65
Грп 2 -1,2 1,9 1,5 2,85 15,3 21,45 34,4 57,75 79,55 103,35
Грп 3 0 0,3 1,7 1,25 0 4,95 8,65 10,85 11,45 12,05
Грп 4 -1,6 -2,8 -1,35 -1,85 0,1 -0,75 1,85 0,65 -2,05 -3,55
Грп 5 -1,7 -3,2 -3,2 -4,85 0 -4,85 -2,65 -4,45 -9,4 -12,15
Грп 6 -2,6 -2,6 -2,2 -2,55 1,8 0,85 4,4 6,45 14,3 59,85
Грп 7 -1,15 -0,7 -2,05 0,95 0 3,95 3,95 3,95 3,95 3,95
Грп 8 -2,65 -3,5 -4,75 -4,75 1,2 -0,45 -1,55 -2,25 -2,6 -5,55
Способ Г.К. Ботяна. При вычислениях автор полагает, что величины оса-
док реперов заведомо отрицательные и делает вывод, что наиболее устойчивый
будет тот репер, для которого - сумма квадратов разности превышений, имеет наибольшее отрицательное значение. В южной зоне распространения многолетнемерзлых грунтов реперы испытывают не только осадку, но и подъем, то есть величины осадок не только отрицательные, но и положительные, поэтому следует модифицировать этот способ - брать по модулю наиболее близкое к нулю значение и принимать за исходный соответствующий этому значению репер. Тогда наиболее устойчивые реперы, определенные по методу Г.К. Ботя-на, совпадут с реперами, вычисленными по методу А. Костехеля.
Способ Л.И. Серебряковой. Автор полагает, что неопределенность при выборе наиболее устойчивого репера в группе реперов может быть раскрыта, -«если считать, что реперы испытывают только осадку, а величины превышений меняются вследствие неравномерности осадки». Возникают сомнения, в отношении объективности результатов анализа, выполненного по этому способу, так как определить общую тенденцию изменения положения реперов затруднительно: реперы подвержены не только осадкам, но и выпучиванию.
Способ И.В. Рунова. Наиболее устойчивые реперы, определенные этим методом совпадают с устойчивыми реперами, определенными методом Г.К. Ботя-на и методом А. Костехеля.
Так же были рассмотрены способы анализа устойчивости реперов, основанные на методах математической статистики. Эти способы не дают возможность выполнять анализ в каждом очередном цикле наблюдений и служат для научных исследований.
По первой группе способов можно сделать вывод, что при выборе за исходную высоту, высоту наиболее устойчивого репера, мы идем на определенный риск, поскольку, вполне возможно, что применяемый нами метод определения устойчивого репера не учтет, не обнаружит локальное движение реперов. Величина возможного локального смещения исходного репера исказит величину и направление вертикальных смещений всех других реперов сети, а так же исследуемых сооружений.
Во второй группе рассмотрены способы, в основе которых лежит принцип неизменной средней отметки всех реперов сети или группы наиболее устойчивых реперов: способ П. Марчака, модификация способа П. Марчака, способ В.Ф. Чернякова, способ Б. Готца, способ узлов профессора В.В. Попова.
По второй группе способов можно сделать вывод, что, несмотря на различный математический аппарат, получаются одни и те же значения поправок в отметки реперов по циклам, для примера приведем результаты вычисления поправок в отметки реперов способом профессора В.В. Попова (Табл.3).
Выполненный анализ показал, что, несмотря на все положительные моменты способов, в южной зоне области многолетнемерзлых грунтов ни один из способов не дает однозначного результата определения исходных отметок реперов, и ни одна из конструкций реперов не обеспечивает их устойчивость. Репера, изменившие свое положение за период времени на такие величины (табл. 2, 3), не могут обеспечивать необходимую точность производимых наблюдений. Таким образом, для получения достоверных результатов, необходимо переоборудовать исследуемый объект новыми глубинными реперами. В ка-
честве фундаментальных реперов необходимо использовать специально подготовленные законсервированные разведочные скважины.
Таблица 3
Результаты вычисления поправок в отметки реперов способом профессора В.В. Попова
Д(НІ ) Поправки к отметкам реперов по циклам,мм.
1 ццкк 2 ццкк 3 ццкк 4 ццкк 5 ццкк 6 ццкк 7 ццкк 8 ццкк 9 ццкк 10 ццкк 11 ццкк Д(Ы )
А(Ы1 ) 0,0 -2,4 -2,0 -2,6 -1,2 -2,1 -2,3 -5,7 -9,6 -15,9 -26,4 -6,4
А(Ы2 ) 0,0 0,6 3,7 3,3 4,3 17,1 18,2 28,2 48,7 68,6 84,6 25,2
А(Ы1 ) 0,0 1,8 2,1 3,5 2,7 0,2 1,7 2,5 1,8 0,5 -6,7 0,9
А(Ы1 ) 0,0 0,2 -1,0 0,5 -0,4 -2,8 -4,0 -4,3 -8,4 -13,0 -22,3 -5,1
А(Ы1 ) 0,0 0,1 -1,4 -1,4 -3,4 -5,9 -8,1 -8,8 -13,5 -20,4 -30,9 -8,5
А(Ы1 ) 0,0 -0,8 -0,8 -0,4 -1,1 -1,8 -2,4 -1,8 -2,6 3,3 41,1 3,0
А(Ы1 ) 0,0 0,6 1,1 -0,2 2,4 -0,1 0,7 -2,2 -5,1 -8,3 -14,8 -2,4
А(Ы1 ) 0,0 -0,9 -1,7 -2,9 -3,3 -4,6 -3,7 -7,7 -11,3 -14,9 -24,3 -6,9
На территории объекта исследований, на небольшом удалении от исследуемого объекта и кустов газовых скважин от 1,5 до 2 км, расположено большое количество разведочных скважин. Средняя глубина забоя ствола таких скважин составляет 1200 метров. Многие из разведочных скважин выполнили свои функции, законсервированы и не используются. Что бы использовать скважины в качестве фундаментальных реперов, необходимо произвести строительно-монтажные работы по защите от сезонных геокриологических процессов и оборудовать их марками. Элементы конструкции скважин, дооборудованных марками, приведены на рис. 1.
Рис. 1. Конструкция фундаментального репера
1 - Защитная от метеорологических факторовкрышка; 2 - реперная головка (марка) с резьбой, для крепления спутниковой антенны; 3 - резиновая крышка, для защиты резбы; 4 - оголенное устье скважины; 5 - Обсадная труба, состоящая из стальной трубы, монтируемая для защиты от сезонных геокриологических процессов; 6 - песок, засыпанный при монтаже репера; 7 -грунт; 8 -обсадные трубы, смонтированные при строительстве скважины (количество зависит от проектных и технологических решений, возникающих в процессе бурения, для каждой скважины в отдельности); 9 - цементный камень Для определения устойчивости фундаментальных реперов данной конструкции, в период с 2009 по 2012 года проведены экспериментальные исследования. В качестве исходного репера принимался репер №1 и от него по про-
грамме нивелирования II класса с применением цифровых нивелиров TrimЫeDiNi 12 прокладывались хода.
Невязки, полученные в ходах, в 2,5 - 3, раза меньше допустимых, что говорит о высоком качестве нивелирования.
По данным исследований составлена сравнительная табл. 4, в которую выписаны отметки реперов, определенные для четырех циклов наблюдений, по способу Костехеля.
Таблица 4
Сравнительная таблица отметок фундаментальных реперов, вычисленные способом Костехеля
Отметки реперов, (м)
Л* репера 1Ш1КЛ ?ТПТТ'Л Зцпкл
Июль 2009 Июль 2010 Июль 2011 Июль 2012
1 55,6817 55,6817 55,6817 55,6817
2 53,9361 53,9359 53,9364 53,9363
3 54,5619 54,5622 54,5616 54,5617
Таким образом, за четыре года фундаментальные репера данной конструкции не утратили устойчивость. Подтверждается стабильность высотного положения. Незначительные отклонения в превышениях между реперами и соответственно их отметками обуславливаются погрешностью нивелирования. Для получения однозначного результата в южной зоне распространения многолетнемерзлых грунтов необходимо использовать репера данной конструкции.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1 . СТО «Газпром» 020-2006. Регламент организации работ по геотехническому мониторингу объектов газового комплекса в криолитозоне. - М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2005. - 36 с.
2 . Калинченко И.С, Ошибки при проектировании глубинных реперов, расположенных в южной зоне области многолетнемерзлых грунтов / Роль и значение землеустроительной науки и образования в развитии Сибири: Материалы междунар. нуч. -практич.конф.-Омск: Изд-во ИП Макшеевой Е. А., 2012. - С. 141-144.
3 . Калинченко И.С., Уваров А.И. Проблемы с устойчивостью глубинных реперов на объектах геотехнического мониторинга, расположенных на вечной мерзлоте / Земельноимущественный комплекс: управление, оценка, организация и использование: материалы международной научно-производственной конференции.- Омск, Изд-во ФГОУ ВПО ОмГАУ, 2009.-С. 83-86.
4 . Стороженко А.Ф. Геодезические методы измерений вертикальных смещений сооружений и анализ устойчивости реперов /А.Ф. Стороженко, В.Н. Ганьшин, Н.А. Буденков. М. : Недра, 1981.
© И.С. Калинченко, 2013
