CC BY
47
УДК 550.837
А. Б. КАЗАРИН, Б. А. КАЗАРИН, Д. Е. ГУСЕВ, Г. П. ПАСТУШКОВ, В. Г. ПАСТУШКОВ, Д. В. ЖИХАРЕВ (БНТУ, Минск, Республика Беларусь)
ПРАКТИКА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГЕОРАДАРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ ОБСЛЕДОВАНИИ ТОННЕЛЕЙ
В статт наведен практичш та аналггичш аспекти методологи дослвдження обробки TyHeniB за допомо-гою георадарних технологiй.
В статье приведены практические и аналитические аспекты методологии исследования обделки тоннелей с помощью георадарных технологий.
In the paper the practical and analytical aspects of research methodology for a tunnel casings by georadar technologies are presented.
Перегонные тоннели метрополитена с обделкой из монолитно-прессованного бетона возводятся обжатием свежей бетонной смеси, уложенной за кольцевую опалубку. Такая технология снижает трудоемкость работ по сравнению с сооружением тоннеля со сборной обделкой, однако существенным недостатком монолитно-прессованной обделки является низкая трещиностойкость неармированного бетона, и могут возникнуть различного характера дефекты и повреждения. Наличие трещин в обделке, чаще всего, сопровождается фильтрацией через обделку воды. Наличие водных потоков может также привести к разуплотнению грунта в контактной с обделкой зоне.
Известно, что обследование обделки тоннелей носит комплексный характер. Кроме визуального осмотра, проводится определение прочностных свойств бетона, испытание выбуриваемых образцов, а также используются виброакустические, сейсмические и георадиолокационные методы [1]. Эффективность использования георадиолокационного метода в значительной степени определяется выбранной технологией исследования: методикой измерений, методикой построения радиолокационных изображений подповерхностной среды, методикой интерпретации радиолокационных изображений.
В данной статье приводятся результаты георадарных измерений на одном из участков Минского метрополитена. В процессе измерений была использована современная методика измерений, основанная на теореме Боярского [2], и методика построения радиолокационных изображений (РЛИ), основанная на синтезе апертуры антенны [3], которые отличаются от рекомендуемых в нормативных документах
[4, 5]. Обследованный участок Минского метро был сооружен в 1980 г. Обделка тоннеля выполнялась из бетона марки М300 с использованием проходческого щитового комплекса ТЩБ-7. Участок перегонного тоннеля был сдан в эксплуатацию в 1984 г. (рис. 1).
Рис. 1. Общий вид участка перегонного тоннеля
Во время проведения обследования тоннеля на поверхности обделки в отдельных местах были обнаружены отслоения бетона. В процессе эксплуатации на исследуемом участке в обделке стали возникать трещины и открытые отслоения бетона (рис. 2).
УЪЯ
Рис. 2. Вид участка дефектной поверхности
В 1993 г. при простукивании обделки были зафиксированы дефектные места, в которых создавался глухой звук. Площадь таких дефектных мест не превышала 0.3.. .0,5 кв. м.
Для выявления причин прогрессирующего развития дефектов обделки, выявления скрытых дефектов и выработки мероприятий по их устранению в 2006 г. авторами был выполнен комплекс работ, включающий:
• изучение проектной документации;
• визуальное освидетельствование состояния обделки;
• исследование состояния конструкции с помощью георадара по всей длине участка тоннеля (рис. 3);
Рис. 3. Исследование состояния конструкции с помощью георадара
• исследование прочности бетона обделки с помощью склерометра и методом отрыва со скалыванием;
• отбор образцов бетона путем выбуривания кернов с последующим испытанием образцов в лабораторных условиях (рис. 4).
Радиолокационные измерения выполнялись с использованием георадара «ЗОНД-10» на частоте 150 МГц, с варьированием поляризационных параметров зондирующего сигнала. Совместная обработка временных зависимостей амплитуд отраженных сигналов с различной поляризацией позволила построить радиолокационные изображения зондируемых подповерхностных сред по относительной плотности и относительной влажности.
Рис. 4. Отбор образцов бетона путем выбуривания кернов
В общем случае, РЛИ представляет собой цветную (черно-белую) двумерную матрицу размером т1-Ь-т2-2 (где т1, т2 - масштабные коэффициенты, Ь - длина профиля, X - глубина зондирования), размеры ячеек которой соответствуют размерам разрешаемых георадаром объемов подповерхностной среды, а их цвет (оттенок) - амплитудам сигналов, отраженных от соответствующих разрешаемых объемов.
Связь цветовых градаций в представленных ниже РЛИ с нормированными амплитудами отраженных сигналов и оценочными значениями пористости, водонасыщения и модуля упругости приведены в таблице.
Георадарные измерения были выполнены в плоскости профиля 1 через лоток тоннеля, в плоскости профиля 2 через вершину тоннеля и плоскости профиля 3 с дневной поверхности проезжей части проспекта Независимости.
Анализ РЛИ подповерхностной среды в плоскости профиля 1 (лоток, обделка, грунт) по относительной плотности (рис. 5) показал, что коэффициент пористости бетонного основания пути и обделки тоннеля в пределах обследованного участка периодически меняется от значения «очень плотный» до значения «рыхлый». Протяженность плотных участков составляет около 0.4 м, а интервалов между ними - около 3.0 м. Наблюдается неровная наружная поверхность тоннеля под основанием пути на РЛИ. Можно предположить, что цементный раствор в процессе нагнетания проникал в полости грунта. Грунты, залегающие под обделкой тоннеля на глубину до 4.0 метров, можно охарактеризовать, как «плотные» с прослоями «рыхлых».
Рис. 5. РЛИ подповерхностной среды
Анализ РЛИ подповерхностной среды в плоскости профиля 1 по относительной влажности позволяет сделать вывод, что более разуплотненные участки бетонного основания пути являются и более влажными. На РЛИ отчетливо видны следы инфильтрации воды от поверхности лотка тоннеля до наружной поверхности обделки. В одном сечении тоннеля наблюдается инфильтрация воды в грунт, что свидетельствует о наличии в этом месте сквозной трещины.
Грунты, залегающие непосредственно под обделкой тоннеля можно охарактеризовать, как «влажные», «очень влажные», а в отдельных местах - «водонасыщенные».
Толща влажных грунтов под обделкой не превышает одного метра. Подстилающие эту толщу грунты наблюдаются маловлажными.
РЛИ подповерхностной среды, залегающей в плоскости профиля 2 (обделка, грунт, воздух), представлены на рис. 6. На РЛИ грунтов по относительной плотности отчетливо наблюдается толща обделки и граница дневной поверхности проезжей части с воздухом. Грунты, залегающие между дорожной одеждой и обделкой можно охарактеризовать как «рыхлые» с прослоями «средней плотности». Толща обделки наблюдается на РЛИ трехслойной. Наиболее плотными наблюдается крайний слой, контактирующий с грунтом и крайний внутренний слой. По данным анализа РЛИ полная толщина обделки не превышает 35 см, а толща крайних слоев обделки составляет, соответственно, 10.12 и 5.6 см. Плотность промежуточного слоя обделки вдоль профиля меняется от значения «плотный» до значения «рыхлый». На РЛИ грунтов, залегающих в плоскости 2, по влажности, наибольшая концентрация поровой воды наблюдается непосредственно под дорожной одеждой проезжей части и вблизи обделки тоннеля. На РЛИ отчетливо видны не-
большие по мощности линзы водонасыщенного песка. Также видны следы инфильтрации атмосферной воды от дневной поверхности проезжей части проспекта к обделке, и далее, через сквозные трещины в обделке - к её внутренней поверхности (то, что наблюдалась в 1997 г. во время аварии теплосети). Сопоставление мест расположения дефектов обделки, визуально наблюдаемых на внутренней поверхности тоннеля, и обводненных трещин, наблюдаемых на РЛИ, показывает их совпадение с погрешностью около 25-30 см. Сопоставление мест расположения визуально наблюдаемых трещин в дорожной одежде проезжей части проспекта Независимости и мест инфильтрации воды, наблюдаемых на РЛИ, показывает их совпадение с погрешностью, в среднем, 0.5 м.
Для уточнения сделанных выше заключений относительно состояния обделки и картины сложения грунтов вблизи неё было выполнено зондирование тоннеля с дневной поверхности дорожного покрытия (профиль 3). Это оказалось возможным только благодаря отсутствию в обделке металлической арматуры. Плотность профиля 3 совпадала с продольным осевым сечением тоннеля. Подповерхностная среда представлена последовательно в виде элементов дорожной конструкции, грунтов, обделки в верхней части тоннеля, воздуха, обделки в нижней части тоннеля и грунта под тоннелем.
Анализ РЛИ подповерхностной среды, залегающей в плоскости профиля 3 по относительной плотности и влажности, показывает, что толща грунта над обделкой представлена тремя слоями глинистого грунта (мощностью 0.3.0.4 м) и перемежающимися с ними песков «рыхлых» и «средней плотности». Глубина залегания глинистых грунтов составляет 1.0, 2.5 и 4.0 м. В среднем слое глинистого грунта на отдельных участках наблюдаются разрывы сплошности. На РЛИ отчетливо видны верхняя
и нижняя границы обделки тоннеля, отстоящие друг от друга на расстоянии около 5.0 м. Гидрогеологическая обстановка над обделкой представлена подземными водами спорадического распространения в виде линз водонасы-
щенных песков. Их образование связано с инфильтрацией атмосферной воды с проезжей части проспекта через сквозные трещины в дорожном покрытии.
Рис. 6. РЛИ подповерхностной среды
Выводы: Использование георадарных тех- 2. нологий в комплексе с прямыми методами позволяют при обследовании обделок тоннелей (в которых отсутствует металлическая арматура) выявить все обводненные сквозные трещины в обделке и сделать оценку грунтов за её пределами.
3.
4.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИМ СПИСОК
Шилин А. А. Поведение обделки деривационного тоннеля № 1 Ирганайской ГЭС во время эксплуатации // Гидротехническое строительство, 2006, №4. - С. 20-25.
5.
Левис, Обратная задача дифракции // Зарубежная радиоэлектроника, 1970, №2. - С. 100-113. Реутов А. П. Радиолокационные станции бокового обзора / А. П. Реутов, Б. А. Михайлов, Г. С. Кондратенков, Б. В. Бойко. - М.: Сов. радио, 1970.
Технические указания по инструментальной диагностике земляного полотна, МПС РФ, М., 2000. - С. 20-25.
Методические рекомендации по применению георадаров при обследовании дорожных конструкций, МТ РФ, М., 2003 г.
Поступила в редколлегию 22.10.2007.
