CC BY
99
- © Е.И. Кузьмина, C.B. Изюмов,
C.B. Дручинин, H.A. Круглов, 2012
УДК 550.83:624.131.25:681.3
Е.И. Кузьмина, C.B. Изюмов, C.B. Дручинин, H.A. Круглов
ПРИМЕНЕНИЕ ГЕОРАДАРА В УСЛОВИЯХ ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЫ ПРИ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИЗЫСКАНИЯХ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Приведены результаты геофизического мониторинга по обеспечению безопасного строительства и эксплуатации строящейся железной дороги.
Ключевые слова: газоконденсатное месторождение, грунт, пеноплекс, термокарст, георадар, зондирование, обводненность.
При открытии на полуострове Ямал крупнейшего газокон-денсатного месторождения Бованен-ковского, первым делом встал вопрос о транспортировке грузов. Уже в 1986 г. ПСМО «Ямалтрансстрой» начал строительство железной дороги Обская — Бованенково длинной 540 км, но к 2007 г. было построено лишь 267 км от всей трассы.
На строительство железнодорожного полотна влияет ряд неблагоприятных факторов, важнейшие из которых: сложные природные и инженерно-геологические условия. Строительство ведется в суровых климатических условиях субарктического пояса в повсеместно распространенных много-летнемерзлых породах. С процессами сезонного оттаивания и промерзания пород, связано большинство проблем возведения трассы, в частности термокарст, криогенные оползни и сплы-вы, пучение (сезонное, многолетнее), криогенное растрескивание, термоэрозия, заболачивание [2].
Учитывая прошлые ошибки и накопленный опыт, в ходе ведения работ была разработана и применена на практике новая схема возведения на-
сыпи. На не дренирующие суглинки зимой накладывается мерзлый грунт, а летом до проектного профиля доводят сухим талым грунтом. Чтобы насыпь не разрушалась в ходе нагревания, используют тепловые амортизаторы из пеноплекса. Несмотря на все предпринятые меры возведения и строения насыпи, периодически возникают опасные ситуации, которые могут привести к частичному разрушению или обвалу конструкции, поэтому необходим постоянный мониторинг за состоянием, как самой насыпи, так и инженерно-геологическими процессами.
По завершению строительных работ, необходимым условием для стабильной эксплуатации железной дороги, будет являться постоянное проведение мониторинга. Для этих целей существуют специально разработанные георадары, позволяющие непрерывно сканировать железнодорожное полотно, не прекращая при этом работу железной дороги (рис. 1). В настоящий момент нормативно-технические документы позволяют использовать георадары при строительстве инженерных сооружений изложенные в СНиП [1].
Рис. 1. Георадар для сканирования железнодорожного полотна. Передвижение осуществляется по рельсам, возможен монтаж на вагон-дефектоскоп. Создан в ООО «Геологоразведка»
Летом 2007 года компания ООО «Геологоразведка» была приглашена ОАО «ПНИИС» на полуостров Ямал для обследования грунтового массива по трассе строительства железнодорожной насыпи строящейся железнодорожной линии Обская-Бованенково и изучения возможности использования георадаров серии «ТР-ГЕО» в условиях развития многолетнемерзлых грунтов.
Работы проводились в районе разъезда Хралов (268 км, начало строящейся насыпи), куда на рабочем поезде добрались сотрудники ООО «Геологоразведка» (рис. 2).
Геозондирование проводилось по участку насыпи от места окончания рельсов и начала отсыпки до ПК 2682+50. Было пройдено три профиля по насыпи и несколько профилей для сравнения — по грунту рядом. Оператор с георадаром «ТР-ГЕО-01» передвигался вдоль насыпи по намеченным профилям с постоян-
ной скоростью (рис. 3). Температура воздуха не менялась, и составляла 5— 7 °С, влажность воздуха не больше 80 %.
Уже с 1993 г. георадар серии ТР-ГЕО широко и успешно используется для контроля состояния грунтов. В распоряжении специалистов фирмы имеется широкий набор георадаров серии ТР-ГЕО с различными диапазонами рабочих частот (от 10 МГц до 1,5 ГГц) и дальностью зондирования от 1 м до 30 м (табл. 1). В данном случае, исходя из поставленных задач и учитывая условия проведения работ, использовался георадар ТР-ГЕО-01 (рис. 4). Он предназначен для обнаружения металлических, диэлектрических предметов, зон измененного состояния грунта, разуплотнений, пустот, водонасыщенных горизонтов и обводненных линз, других объектов и слоев, имеющих достаточно резкие границы и отличающихся от окру-
Рис. 2. Строящаяся насыпь железнодорожной трассы Обская-Бованенково
Рис. 3. Обследование строящейся насыпи георадаром ТР-ГЕО
Таблица 1
Основные характеристики георадаров серии ТР-ГЕО
Георадар Размер антенны, см Частота, МГц Глубина, м
ТР-ГЕО-01 40x40x7 100—150 10
ТРТЕО-02 25x25x7 150—200 6
ТР-ГЕО-03 12x12x3 1500 1
ТР-ГЕО-04 55x55x13 150—200 20
ТР-ГЕО-ДМ 100x100x20 10—30 30
жающего грунта по диэлектрической проницаемости или проводимости.
Георадар «ТР-ГЕО-01» среднечас-тотный радар, в основу работы которого, заложен видеоимпульсный метод зондирования. Импульс излучается передающей антенной, распространяется в грунте, отражается от объектов и далее фиксируется
приемной антенной. Объектами зондирования могут быть как техногенные, так и любые неоднородности грунта [3].
В совокупности с геофизическим комплексом ТР-ГЕО организацией «Геологоразведка» было создано специальное программное обеспечение для приема сигналов, обработки дан-
Рис. 4. Георадар ТР-ГЕО-01
Рис. 5. Геологический разрез участка обследования по данным разведочного бурения (представленный ОАО «ПНИИС»)
ных и построения волновых изображений.
Окончательным результатом геозондирования являются радиолокационные изображения объектов зондирования, либо изображения отра-
жающих границ и объектов, полученных по результатам обработки. Изображение может быть трехмерным или в виде набора вертикальных или горизонтальных сечений объема, оно не дает самого распределения плот-
Рис. 6. Волновой профиль, полученный по данным геофизического зондирования участка насыпи с интерпретированными и нанесенными геологическими границами
Рис. 7. Волновой профиль, пройденный рядом с насыпью. Вынесен слой сезонного оттаивания и аномальная зона, характеризующая участок с повышенной обводненностью и нарушенной структурой грунта
ности или влажности, но показывает отражения от границ между различными слоями с контрастной диэлектрической проницаемостью. Однородная среда (грунт) выглядит как нейтральный фон. Ниже на рисунках приведены результаты обра-
ботки полученных данных с комментариями.
В результате проведенных работ, нами были получены сведения о применимости георадара в сложных условиях развития многолетнемерзлых грунтов и накоплен опыт по ведению
НЕ* I € И -5 Г,:: Я х 5 «Я31Я1 31 £ 2 СIЩI ¿1$ Й. ¡51 № В М. 2 £ 2 а а С ЧI ■: Ч Ч ? 5.Щ »11 к * а -I.....'...........'.....и ' ] .....I..........I......!■■■ ■■ и, I I ..1...1 „I...............■ ■■ | ■ ■ 1...1. | | ..1,,.1 ..I ...I...........I,.
Яааишшфши [ " ]Ппш У/А ¿«отмыт*зона
Рис. 8. Волновой профиль, полученный по данным геофизического зондирования участка насыпи с интерпретированными и нанесенными геологическими границами и аномальной зоной, характеризующей участок с нарушенной структурой грунта
Зона с нарушенной структурой грунта
' 4 Нжьшны?грунт.** [■' Ц/ат- Лтшйиьшя юш
Рис. 9. Результаты георадиолокационного зондирования по строящейся железнодорожной насыпи и аномальная зона измененного состояния грунта (объемное изображение)
геофизического мониторинга в суровых климатических условиях субарктического пояса.
При проведении геофизического мониторинга на обследуемом участке строящейся железной дороги, были получены данные о состоянии насыпных грунтов, проведена четкая граница между насыпью и подстилающими породами, выявлены аномальные зоны с нарушенной структурой грунтов (рис. 6, 8—9). В данной ситуации, важно отметить, что вовремя воспользовавшись полученной информацией, можно заранее устранить опасные зоны, до того как их развитие приведет к непоправимым последствиям.
Ввиду того, что геофизические работы проводились в летний период, на отдельном участке был выделен сезонный слой оттаивания мно-голетнемерзлых пород, а также зоны с повышенной обводненностью и нарушенной структурой грунта (рис. 7). Используя полученные сведения при отсыпке железнодорожной насыпи, можно предупредить, еще на стадии строительства развитие потенциаль-
1. СП 11-105-97. Инженерно-геологические изыскания для строительства. Часть VI. Правила производства геофизических исследований.
2. Отчет ОАО «ПНИИС» по теме: «Выполнение геомониторинга по новой желез-
но опасных участков, заранее приняв меры.
В ходе интерпретации полученных данных были уточнены геологические границы исследуемого участка. Скорректированы границы между современными аллювиальными отложениями, со-лифлюкционно-делювиальными и при-брежно морскими верхнеплейстоценовыми отложениями (рис.6). В отличие от традиционных методов инженерно-геологических изысканий (бурение разведочных скважин), геофизический мониторинг георадаром ТР-ГЕО-01 позволяет непрерывное получение информации о состоянии исследуемых грунтов, и построение достоверной картины верхней части геологического разреза.
Подводя итоги проделанной работы, хочется отметить, что, несмотря на возникавшие в период работ сложности, геофизические исследования прошли успешно и дали положительный результат, а данные, полученные в процессе геофизического мониторинга, могут уже сейчас использоваться для безопасного строительства и эксплуатации строящейся железной дороги Обская-Бованенково.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
нодорожной линии «Обская-Бованенково» (Договор ОАО «Ямалгидротранс» N2 от 03.04.07.)
3. Изюмов C.B., Дручинин C.B., Вознесенский А. С. Теория и методы георадиолокации. - М: Горная книга. 2008. ШИЗ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Изюмов C.B. — кандидат технических наук, Дручинин C.B. — кандидат физико-математических наук, Круглов H.A., Кузьмина Е.И.
Геологоразведка, [email protected].
