CC BY
61
---------------------------------------- © А.И. Вознесенский, С.В. Изюмов,
С.В. Дручинин, С.И. Миронов,
2010
УДК 624.131
А.И. Вознесенский, С.В. Изюмов, С.В. Дручинин,
С.И. Миронов
КОМПЛЕКСНЫЕ ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ В ЗОНЕ ПОДЗЕМНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА КОЛЛЕКТОРА
Рассмотрены результаты съемки участка грунта в районе железнодорожной насыпи георадиолокационным и сейсмоакустическим методами. В результате их совместного использования устранены помехи и выявлена аномальная зона, интерпретируемая как техногенный объект с повышенной плотностью. Последующая проходка тоннеля подтвердила полученные результаты.
Ключевые слова: сейсморазведка, георадар, аномалия, техногенный объект, тоннель, зондирование, плотность грунтов, инженерно-геологический, изыскания.
Семинар № 3
^"Ъчень часто имеющиеся в растаяв ряжении строителей геологические разрезы, построенные по данным разведочного бурения, оказываются недостаточно подробными, так как бурение скважин является либо невозможным, либо слишком дорогостоящим. Это приводит к тому, что проходка тоннелей в условиях мегаполиса может быть осложнена неожиданно встречающимися техногенными и природными включениями, которые не были учтены ранее на геоподоснове. Одним из методов уточнения геологического строения по трассе проходки и устранения указанных осложнений является постоянный геофизический контроль. Для получения достоверных данных потребуется комплексный подход.
Рассмотрим применение комплексного геофизического контроля при подземном строительстве в районе пересечения Дмитровского шоссе и Октябрьской железной дороги, где
велась перекладка коллектора реки Жабинки. При сооружения коллектора под железнодорожной насыпью с помощью проходческого щита с открытым забоем при входе в насыпные грунты из стартовой шахты в сторону приемной было обнаружено препятствие, состоящее из бутового камня, скрепленного между собой цементом (рис. 1). На предоставленном перед проходкой профиле геологическое строение участка было следующим: под насыпными песчано-супесчаносуглинистыми грунтами с включением щебня, дресвы, залегают современные аллювиальные отложения, но данные о наличии техногенных включениях отсутствуют.
Поскольку при проходке нельзя было исключить вероятность встречи подобных аналогичных объектов, было принято решение осуществлять дальнейшие работы с опережающим геофизическим контролем.
Ведение данных работ было поручено ООО «Геологоразведка», которая на протяжении ряда лет занимается разработкой и внедрением радаров серии «ТР-ГЕО», а также применением иных геофизических методов, обеспечивающих диагностику горного массива с высокой скоростью снятия данных, оперативностью и достоверностью получаемых результатов. Среди используемых методов применяются георадиолокаци-онное зондирование, а также различные варианты сейсмоакустических методов, в частности сейсмоакустическая томография.
В распоряжении специалистов фирмы имеется широкий набор георадаров серии ТР-ГЕО, работающих в различных диапазонах рабочих частот и с различной глубиной зондирования [1], характеристики которых приведены в табл. 1.
Исходя из поставленных задач и учитывая условия проведения работ, зондирование осуществлялось с применением шахтной модификации георадара «ТР-ГЕО-01» (рис. 2) и 24канальной цифровой сейсмостанцией «ТР-ГЕО-С»,
внешний вид которой показан на рис. 3 и 4.
Мониторинг грунтового массива с использованием двух геофизических методов позволяет уменьшить помехи различного вида и повысить тем самым достоверность получаемых результатов. Наибольший эффект достигается в данном случае за счет того, что один метод основан на регистрации электромагнитных волн, а другой - упругих.
Зондирование короткими видеоимпульсами позволяет достичь наилучшей разрешающей способности георадара при заданной проникающей способно-
Рис. 2. Внешний вид радара ТР-ГЕО антенны 40x40 см
Основные характеристики георадаров серии ТР-ГЕО
Модель георадара Размеры антенны, см Диапазон частот, МГц Глубина зондирования, м
ТР-ГЕО-01 40x40x7 100-150 10
ТР-ГЕО-02 25x25x7 150-200 6
ТР-ГЕО-03 12x12x3 1500 1
ТР-ГЕО-04 10x10x5 2000-2300 0.5
ТР-ГЕО-ДМ 100x100x20 10-30 30
Рис. 3. Внешний вид сейсмостанции «ТР-ГЕО-С»
Рис. 4. Внешний вид сейсмоприемника
сти радиоволн, определяемой средней частотой спектра видеоимпульса и электрическими свойствами грунта. Объектами зондирования являются любые не-
однородности грунта и предметов, достаточно сильно отличающиеся по диэлектрической проницаемости или проводимости от окружающего грунта и имеющие достаточно большие размеры.
В рассматриваемом случае зондирование участка предстоящей проходки осуществлялось с помощью георадарной съемки двух вариантах: над щитовым комплексом из выходного шахтного ствола между кольцами крепления и из забоя впереди щита.
Результаты съемки по первому варианту представлены на рис. 5. Здесь можно выделить несколько участков. На участке 1 явно выражено отражение от металлического крепления шахты, на участке 2 прослеживается зона с более пластичными грунтами, на участке 3 указана зона с возможным содержанием грубого обломочного материала и на участке 4 видны обводненные грунты.
Зондирование из забоя на глубину до 11 метров дали результаты, представленные на рис. 6. На участках 1, 2 изображение можно интерпретировать как множественные отражения от найденной стены толщиной 2 метра по направлению проходки. На участке 3 находится скопление обломочного материала.
Одним из перспективных методов современной геофизики является метод сейсмоакустической томографии, который в данном случае применялся совместно с георадиолакационной съемкой на данном участке строительства. Основой используемой для этого аппаратуры «ТР-ГЕО-С» является цифровой сейсмоприемник. Он включает в себя: геофон, усилитель, аналого-цифровой преобразователь и контроллер. Управление режимами сейсмоприёмников, как, например, коэффициентом усиления, осуществляется дистанционно с компьютера. За счет использования цифровой передачи данных на работу аппаратуры не
ф ф I ф ф/ © © / ф ®
(э> ©
тли
^ Й ' с^5 ‘ ^ ' с§5 " ^ ^ ' 5^
Рис. 5. Визуализация результатов геозондирования из шахты, над щитом проходки
Рис. 6. Результаты замеров сделанных из забоя шахты
оказывают влияния электрические помехи, которым подвержены сейсмоаку-стические измерительные системы с передачей по кабелям аналогового сигнала. Поэтому данная система может с успехом использоваться в условиях города при близком расположении линий электропередачи, контактных сетей транспорта и т.п.
Сейсмические измерения совместно с георадарной съемкой проводились с дневной поверхности на площадке зондирования, расположенной на северном склоне ж/д насыпи. Выбор положения и размеров участков обследования был обусловлен техническим заданием и возможностью прохождения профилей. Площадка геозондирования состояла из
группы профилей, расположенных параллельно друг другу со смещением 0,4 м по оси Y. Сейсмодатчики устанавливались в грунт, размещение сейсмоприемников показано на рис. 7.
Использовались различные схемы зондирования, отличающиеся взаимным расположением сейсмодатчиков и мест возбуждения упругих волн. Отличительной особенностью данной сейсмостанции является то, что аналогоцифровое преобразование сигнала геофона производится в самом сейсмодатчике и передаётся по кабелю в цифровом виде, что позволяет снизить уровень помех принимаемым датчиком и передачи сигналов.
Рис. 7. Размещение сейсмоприемников на склоне насыпи
В качестве источника возбуждения сейсмоакустических волн применялись удары молотом по грунту через металлическую прокладку.
При записи и обработке данных использовалось программное обеспечение, созданное фирмой ООО «Геологоразведка».
В результате камеральных работ были построены вертикальные и горизонтальные сечения, характеризующие распределения измеряемых параметров, на которых можно было выявить аномалии.
При обработке сейсмограмм в зависимости от расположения датчиков, точек удара, а также способа обработки данных, были получены распределения скоростей распространения сейсмических волн и степени их затухания в грунте. На рис. 8 представлены пространственные распределения скоростей, совмещенные с планом участка. Проходка осуществлялась справа налево. Данные построения осуществлены по цветовой кодировке, которая при черно-белой печати теряется. Поэтому на рис. 8 различные области отмечены цифрами: 1-плотный грунт, 2- мягкий грунт, 3-обводненная зона. Плотная порода, отмеченная цифрой 1 в левой части рисунка, позволяет сделать предположение о наличии здесь объектов, имеющих более высокую плотность, чем вмещающая среда, т.е. скальный грунт, бетон, кирпичная или каменная кладка.
Рис. 8. План участка и результаты сейсмической съемки
Рис. 9. Результаты сейсморазведки на разрезе участка с указанием мест расстановки сейсмоприемников
Рис. 10. Вертикальный разрез с нанесенной на него радаро-граммой
На рис. 9 и рис. 10 представлены вертикальные разрезы исследуемого участка с нанесенными на них сейсмотомограммой и радарограм-мой соответственно.
На рис. 9 буквой «А» и стрелкой показано положение аномалии грунта с высокой плотностью. Это место соответствует зоне, обозначенной цифрой 1 в левой части рис. 8. На основании этого можно сделать вывод о наличии в этом месте грунта с высокой плотностью, что может быть интерпретировано как аномалия, с более высокой плотностью относительно вмещающих пород.
На рис. 10 представлена радарограмма полученная на том же участке. Светлая область в верхней части ра-дарограммы мощностью 0,4-0,6 м. соответствует разрыхленным насыпным грунтам. Насыпной грунт содержит большое количество твердых включений, что на радарограмме отмечено темной окраской. Однако наибольшие показатели измеряемой величины зафиксированы в зоне «А», отмеченной стрелкой на рис. 10. Этот результат может быть интерпретирован как зона с повышенной диэлектрической проницаемостью и проводимостью, резко отличающейся от остального массива грунта.
Сравнивая результаты, представленные на рис. 9 и
рис. 10 можно сделать вывод, о различии пространственных помех, регистрируемых помех одним и другим методами. В то же время координаты областей, отмеченных буквой «А» на одном и другом рисунках, совпадают. Это позволяет с большой уверенностью сделать вывод о наличие в этой области твердых включений, таких как скальный грунт, бетон, кирпичная или каменная кладка.
Эти результаты были учтены при проходке тоннеля, в ходе которой они подтвердились. На месте этой аномалии была обнаружена стена, сложенная из бутового камня и, вероятно, служившая подпорной стенкой на берегу протекавшей здесь ранее реки «Жабинка». Своевременный учет препятствий позволил избежать поломок проходческого оборудования.
Выводы
В результате комплексного геофизического обследования была дана оценка инженерно-геологической обстановки, уточнено геологическое строение на участке обследования до глубины 15 метров. Зондирование, проведённое из забоя, позволило уточнить состояние грунтового массива перед проходческим щитом. Проведение сейсмоакустической томографии совместно георадиолокаци-онной съемкой на участке обследования позволило выявить аномальную зону и сделать вывод о наличии в этом месте техногенного объекта с высокой плотностью, что могло быть интерпретировано как бетон, кирпичная или каменная кладка. Эти результаты были учтены при последующей проходке тоннеля, что позволило принять соответствующие меры и исключить поломку дорогостоящего щитового комплекса.
------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Изюмов С.В., Дручинин С.В., Вознесенский А.С. Теория и методы георадиолокации. М.: Издательство «Горная книга», Издательство Московского государственного горного университета, 2008.- 196 с.: ил. ЕШ
— Коротко об авторах ---------------------------------------------------------------------
Вознесенский А.И. - аспирант, e-mail: [email protected] Московский государственный горный университет,
Moscow State Mining University, Russia, [email protected]
Изюмов С.В. - кандидат технических наук, генеральный директор ООО «Геологоразведка». e-mail: [email protected]
Дручинин С.В. -. Кандидат физико-математических наук, зам. генерального директора по науке ООО «Геологоразведка», e-mail: [email protected]
Миронов С.И. - нач. отд. геофизического мониторинга и инженерных изысканий ООО «Геологоразведка», e-mail: [email protected]
