CC BY
19
УДК 528.48:626
РЕЗУЛЬТАТЫ МОНИТОРИНГА ВЕРТИКАЛЬНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ В ПРОЦЕССЕ КОМПЕНСАЦИОННОГО НАГНЕТАНИЯ НА ОПЫТНОМ УЧАСТКЕ ЗАГОРСКОЙ ГАЭС-2
Александр Валерьевич Устинов
АО «Институт Гидропроект», 125993, Россия, г. Москва, Волоколамское шоссе, 2, заместитель начальника комплексного отдела изысканий, e-mail: [email protected]; Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, ст. преподаватель кафедры космической и физической геодезии
Выполнен обзор практического опыта применения технологии компенсационного нагнетания (compensation grouting) для стабилизации и подъема зданий и сооружений, проведен анализ результатов компенсационного нагнетания, приведенных в отечественных и зарубежных литературных источниках. Описаны цели и задачи исследовательских работ на опытном участке Загорской ГАЭС-2, выполненных специалистами ОАО «Институт Гидропроект» в 2016-2017 гг. Дана схема проведения работ на опытном участке и описание технологии компенсационного нагнетания. На примере опытного участка показаны принципы организации автоматизированного геодезического мониторинга смещений и деформаций. Представлен опыт геодезических наблюдений за вертикальными перемещениями сооружений опытного участка Загорской ГАЭС-2 в процессе компенсационного нагнетания. Детально описана автоматизированная система геодезического мониторинга перемещений конструкций опытного участка. Приведены результаты наблюдений за вертикальными перемещениями сооружений опытного участка в процессе компенсационного нагнетания. Проведено сравнение результатов автоматизированного мониторинга вертикальных перемещений с результатами нивелирования II класса. По результатам сравнения установлено, что точность автоматизированного определения высотных перемещений контролируемых точек по отклонениям от результатов нивелирования II класса в среднем по циклам составила ± 3,2 мм. Даны рекомендации по повышению точности автоматизированных систем геодезического мониторинга.
Ключевые слова: компенсационное нагнетание, гидротехнические сооружения, автоматизированный мониторинг, вертикальные перемещения, Загорская ГАЭС-2, нивелирование II класса, геодезический мониторинг.
Введение
Технология компенсационного нагнетания применяется для стабилизации и подъема зданий и сооружений. Суть компенсационного нагнетания состоит в закачке в грунт специальных твердеющих растворов через скважины, располагаемые под основанием сооружения. В результате нагнетания происходит восстановление начального напряженно-деформированного состояния (НДС) грунта и его увеличение до значений, позволяющих выполнить вертикальное перемещение сооружения [1, 2].
В различных литературных источниках отечественных и зарубежных авторов приводятся положительные результаты по применению метода компенсационного нагнетания для стабилизации и подъема зданий и сооружений [3-11].
При этом максимальные величины компенсируемых с помощью данной технологии осадок из мирового опыта достигали нескольких дециметров.
Для восстановления сооружений станционного узла Загорской ГАЭС-2 после события 17 сентября 2013 г., в результате которого произошла осадка здания ГАЭС на 1,17 м [12, 13], проектно-изыскательским и научно-исследовательским институтом АО «Институт Гидропроект» был рекомендован вариант выравнивания станционного узла Загорской ГАЭС-2 методом компенсационного нагнетания [13]. С целью оценки степени соответствия расчетных технологических параметров, положенных в основу разработанной математической модели, описывающей подъем здания ГАЭС при восстановлении станции, про-ектно-изыскательским и научно-исследовательским институтом АО «Институт Гидропроект» вблизи здания станционного узла создан опытный участок, который представляет собой модель фундаментной плиты здания ГАЭС размерами в осях 10 х 10 м толщиной 6 м, заглубленную в грунт на глубину от 17 до 21 м, что позволяет моделировать фактическую нагрузку собственного веса здания ГАЭС на фундаментную плиту. Закачка инъекционного состава производится через манжетные колонны под модель фундаментной плиты [14].
На рис. 1 показана принципиальная схема опытного участка.
Грунтовые реперы с млшенями-отражателями для автоматизированного тахеометра
Рис. 1. Принципиальная схема опытного участка [14]
Для своевременного выявления пространственных смещений, предотвращения аварийных ситуаций, а также для оценки правильности результатов прогноза, принятых методов расчета и проектных решений, на опытном участке Загорской ГАЭС-2 создана сеть мониторинга, которая представляет собой 9 грунтовых глубинных реперов, заложенных в модель плиты, и 13 грунтовых наземных реперов, заложенных в грунт над поверхностью плиты.
На рис. 2 показана схема расположения грунтовых реперов на опытном участке.
Рис. 2. Схема расположения грунтовых реперов на опытном участке Загорской ГАЭС-2
Целью данной работы является анализ результатов мониторинга вертикальных перемещений в процессе компенсационного нагнетания на опытном участке Загорской ГАЭС-2.
Автоматизированная система геодезического мониторинга (АСГМ) вертикальных перемещений опытного участка
Наблюдения за вертикальными перемещениями модели фундаментной плиты на опытном участке в период компенсационного нагнетания проводились в автоматизированном режиме с помощью роботизированного тахеометра.
Опыт использования АСГМ на основе роботизированных тахеометров для мониторинга деформаций и перемещений сооружений описан в отечественных и зарубежных источниках [15-21].
АСГМ вертикальных перемещений опытного участка Загорской ГАЭС-2 состояла из следующих конструктивных элементов.
1. Роботизированный тахеометр Leica TM30, имеющий угловую точность измерений 0,5" и точность линейных измерений ± (0,6 мм + 1 мм/км).
2. Метеодатчик Leica TP.
3. Рефлекторные марки Leica GZM31, предназначенные для работы с автоматизированными электронными тахеометрами с автоматическим распознаванием на расстоянии до 45 м.
4. Отражатели Leica GPR121 и Leica GRZ4 (360°) для установки на опорных пунктах.
5. Оборудование передачи данных.
6. Программное обеспечение системы мониторинга Leica GeoMoS.
Автоматизированный тахеометр Leica TM30 фирмы Leica Geosystems
(Швейцария) размещался на станции UV (рис. 3).
Рис. 3. Автоматизированный тахеометр и опорный отражатель
В АСГМ Загорской ГАЭС-2 контрольными пунктами являлись пункты геодезической сети ГАЭС MOST, BORT, UZ, а также марки на ПС-8 и ПС-10. На точках мониторинга использовались самоклеящиеся рефлекторные марки Leica GZM31, которые были установлены на пластины реперов таким образом, чтобы обеспечить видимость на каждую точку мониторинга со станции автоматизированного тахеометра.
На контрольных пунктах использовались отражатели Leica GPR121 (см. рис. 3) и Leica GRZ4 (360°). Для учета влияния метеопараметров в системе мониторинга был установлен метеодатчик.
Расстояния от тахеометра до отражающих марок составили от 25,2 до 44,5 м. Углы наклона линии визирования - от -7°15' до -13°28'.
Регистрация наблюдений выполнялась с периодичностью не реже 1 раза в 15 минут в памяти автоматизированного тахеометра и на сервере, где было установлено программное обеспечение системы мониторинга Leica GeoMoS. Измерения на контрольные точки производились каждые 2 часа.
Результаты мониторинга вертикальных перемещений в процессе компенсационного нагнетания
Наблюдения в системе АСГМ проводились в течение 14 месяцев. Дважды в день выдавался отчет о вертикальных перемещениях контролируемых точек. Максимальное ежесуточное количество измерений на каждый репер составило 96 значений.
В результате был изучен характер изменения превышений контрольных реперов над опорным пунктом во времени. Для каждого из реперов получены временные ряды изменения превышений. На рис. 4-7 приведены графики вертикальных перемещений 9 грунтовых глубинных реперов, заложенных в модель плиты, и 13 грунтовых наземных реперов, заложенных в грунт над поверхностью плиты.
0,2000
ф X
0,1500
Я
i г/
J
i ^
Bird ШКЕ
05-08-2016 02-09-2016 30-09-2016 26-10-2016 25-11-2016 23-12-2016 20-01-2017 17-02-2017 17-03-2017 14-04-2017 12-05-2017 09-06-2017 07-07-2017 04-08-2017 01-09-2017 29-09-2017
PI (Height smoothed)
P2 (Height smoothed)
P3 (Height smoothed)
F4 (Height smoothed)
PS (Height smoothed)
P6 (Height smoothed)
F7 (Height smoothed)
P8 (Height smoothed)
P9 (Height smoothed)
Epoch
Рис. 4
График вертикальных перемещений глубинных реперов с 05.08.2016 по 30.09.2017
Рис. 5. График вертикальных перемещений наземных реперов с 05.08.2016 по 30.09.2017
Рис.
6. График вертикальных перемещений глубинных реперов с
05.05.2017
по 10.07.2017
о\
Ьо
Гй О
т
а
г; «
У
Г
и ^
о
К) №
О) ^
Оо
Рис. 7. График вертикальных перемещений наземных реперов с 05.05.2017 по 10.07.2017
Как видно из графиков вертикальных перемещений, приведенных на рис. 4-7, наибольший подъем и скорость подъема были зафиксированы с начала мая по начало июля 2017 г.
Максимальный подъем наблюдался на глубинном репере № 7 и составил за весь период мониторинга 468 мм, что соответствует расчетному эффективному объему инъецированных составов под фундаментной плитой.
В течение всего периода наблюдений не реже 1 раза в месяц проводился контроль результатов автоматизированной системы мониторинга перемещений методом геометрического нивелирования по программе нивелирования II класса. Нивелирование выполнялось цифровым нивелиром Leica DNA03 с точностью измерения превышения 0,3 мм на 1 км двойного хода.
Средние квадратические ошибки (СКО) измерений автоматизированной системой мониторинга по отклонениям от результатов нивелирования по циклам приведены в таблице.
Средние квадратические ошибки измерений автоматизированной системой мониторинга по отклонениям от результатов нивелирования по циклам
Номер цикла СКО, мм Номер цикла СКО, мм
1 3,6 7 3,6
2 2,8 8 2,7
3 3,3 9 2,9
4 2,1 10 4,6
5 3,3 11 2,3
6 2,9
Среднее: 3,2 мм
Из таблицы можно сделать следующий вывод: точность автоматизированного определения высотных перемещений контролируемых точек по отклонениям от результатов нивелирования по циклам составляет ± 3,2 мм.
Заключение
С целью оценки степени соответствия расчетных технологических параметров их реальным значениям на опытном участке Загорской ГАЭС-2 проведен мониторинг вертикальных перемещений модели фундаментной плиты в период компенсационного нагнетания в автоматизированном режиме с помощью роботизированного тахеометра Leica TM30. Точность автоматизированного определения высотных перемещений контролируемых точек по отклонениям от результатов нивелирования по циклам составила ±3,2 мм.
Для повышения точности результатов наблюдений в АСГМ предлагается применять высокоточные отражатели с точностью центрирования 0,3 мм, а
также использовать роботизированные тахеометры с угловой точностью в автоматическом режиме 0,5".
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Зерцалов М. Г., Симутин А. Н., Александров А. В. Технология компенсационного нагнетания для защиты здания и сооружений // Вестник МГСУ. - 2015. - № 6. - С. 32-40.
2. Технология выравнивания здания Загорской ГАЭС-2 методом компенсационного нагнетания / А. И. Харченко, И. Я. Харченко, А. И. Панченко, Д. В. Газданов // Вестник МГСУ. - 2018. - Т. 13, Вып. 4 (115). - С. 490-498.
3. Валет Жан-Луи. Компенсационное нагнетание: технология в реальном времени // Метро и тоннели. - 2002. - № 4. - С. 16-19.
4. Защита и выравнивание зданий и сооружений с помощью технологии компенсационного нагнетания / Е. Н. Беллендир, А. В. Александров, М. Г. Зерцалов, А. Н. Симутин // Гидротехническое строительство. - 2016. - № 2. - С. 15-19.
5. Маковский Л. В., Чеботарев С. В. Ограничение осадок поверхности земли путем компенсационного нагнетания при строительстве тоннелей закрытым способом // Транспорт: наука, техника, управление. - 2000. - № 2. - С. 44-47.
6. Маковский Л. В., Кравченко В. В. Применение компенсационного нагнетания при строительстве подземных сооружений в сложных градостроительных условиях // Транспортное тоннелестроение. Современный опыт и перспективные разработки : сб. науч. тр. / под ред. В. Е. Меркина. - М. : ЦНИИС, 2008. - С. 112-120.
7. Рашендорфер Ю., Жуков В. Н., Майер К. Компенсационное нагнетание как способ обеспечения устойчивости зданий и сооружений при проходке тоннелей: специальные способы работ // Метро и тоннели. - 2008. - № 4. - С. 26-28.
8. Bezuijen A. Compensation grouting in sand: Experiments, field experiences and mechanisms: doctoral thesis on civil engineering and geosciences. - Delft, 2010. - 98 p.
9. Chambosse G., Otterbein R. State of the art of compensation grouting in Germany // Proceeding XV International Conference on soil Mechanics and Foundation Engineering. - Turkey, Istanbul, 2001. - P. 1511-1514
10. Mair Freng R., Harris D. Innovative engineering to control Big Ben's tilt // Ingenia. -2001. - No. 9. - P. 23-27.
11. Schweiger H. F., Falk E. Reduction of settlements by compensation grouting - Numerical studies and experience from Lisbon underground // Tunnels and Metropolises. - Balkema, Rotterdam, 1998. - P. 1047-1052.
12. Вестник РусГидро. Корпоративная газета ОАО «РусГидро». Декабрь 2013 года [Электронный ресурс]. - Режим доступа : http://www.rushydro.ru /upload/iblock/959/Vestnik_ Rusgidro11_2013_w.pdf
13. Ликвидация последствий осадки здания станционного узла Загорской ГАЭС-2 и восстановительные работы / А. В. Александров, Е. Н. Беллендир, С. Я. Лащенов, Р. Ш. Альжанов // Гидротехническое строительство. - 2016. - № 7. - С. 2-10.
14. Зерцалов М. Г., Симутин А. Н., Александров А. В. Расчетное обоснование компенсационного нагнетания при подъеме модели фундаментой плиты Загорской ГАЭС-2 // Гидротехническое строительство. - 2018. - № 8. - С. 2-6.
15. Хиллер Б., Ямбаев Х. К. Разработка и натурные испытания автоматизированной системы деформационного мониторинга // Вестник СГУГиТ. - 2016. - Вып. 1 (33). - С. 48-61.
16. Шоломицкий А. А., Лагутина Е. К., Соболева Е. Л. Высокоточные геодезические измерения при деформационном мониторинге аквапарка // Вестник СГУГиТ. - 2017. - Т. 22, № 3. - С. 45-59.
17. Хиллер Б., Ли В. Т., Сухов И. В. Автоматизированная система деформационного мониторинга (АСДМ) на Саяно-Шушенской ГЭС // Инженерная защита. - 2014. - № 4 (4). -С.36-43.
18. Lutes J. A. Automated Dam Displacement Monitoring Using A Robotic Total Station : Department of Geodesy and Geomatics Engineering Technical Report No. 214. - Canada : University of New Brunswick, 2002. - 138 p.
19. Whitaker C., Duffy M., Chrzanowski A. Design of an automated dam deformation monitoring system: A case study // Journal of Geospatial Engineering. - 2000. - Vol. 2, No. 1. - P. 23-31.
20. Szostak-Chrzanowski A. Interdisciplinary Approach to Deformation Analysis in Engineering, Mining, and Geosciences Projects by Combining Monitoring Surveys with Deterministic Modelling // Technical Sciences Journal. - 2006. - Part I. - P. 147-172.
21. Szostak-Chrzanowski A. Interdisciplinary Approach to Deformation Analysis in Engineering, Mining, and Geosciences Projects by Combining Monitoring Surveys with Deterministic Modelling // Technical Sciences Journal. - 2006. - Part II. - P. 173-200.
Получено 31.10.2018
© А. В. Устинов, 2018
THE RESULTS OF THE MONITORING OF VERTICAL DISPLACEMENTS IN THE PROCESS OF COMPENSATION GROUTING AT THE EXPERIMENTAL SITE OF ZAGORSKAYA PSP-2
Alexander V. Ustinov
JSC "Institute Hydroproject", 2, Volokolamsk highway, Moscow, Russia, 125993, Deputy Head of the Complex Research Department, e-mail: [email protected]; Siberian State University of Geosystems and Technologies, 10, Plakhotnogo St., Novosibirsk, 630108, Russia, Senior Lecturer, Department of Space and Physical Geodesy
The review of practical experience of application of technology of compensating injection (compensation grouting) for stabilization and rise of buildings and constructions is carried out, the analysis of results of compensation grouting given in domestic and foreign literary sources is carried out. The goals and objectives of the research work at the experimental site Zagorskaya PSP-2, made by specialists of JSC "Institute Hydroproject" in 2016-2017, are described. The scheme of work on the experimental plot and the description of technology of compensation grouting are given. The principles of organization of automated geodetic monitoring of displacements and deformations are shown on the example of the experimental site. The experience of geodetic observations of vertical movements of structures of the experimental site Zagorskaya PSP-2 in the process of compensation grouting is presented. The automated system of geodetic monitoring of movements of structures of the experimental site is described in detail. The results of observations of the vertical movements of the experimental site structures in the process of compensation grouting are presented. The results of automated monitoring of vertical displacements are compared with the results of class II leveling. According to the results of the comparison it was found that the accuracy of the automated determination of the altitude movements of the controlled points by deviations from the results of leveling of class II on average in cycles was ± 3.2 mm. Recommendations for improving the accuracy of automated systems of geodetic monitoring are given.
Key words: compensation grouting, hydraulic structures, automated monitoring, vertical displacements, Zagorskaya PSP-2, class II leveling, geodetic monitoring.
REFERENCES
1. Zertsalov, M. G., Simutin, A. N., & Aleksandrov, A. V. (2015). Application of Compensation Grouting Technology for Protection of Buildings and Structures. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering], 6, 32-40 [in Russian].
2. Kharchenko, I. Ya., Panchenko, A. I., Kharchenko, A. I., & Gazdanov, D. V. (2018). Technology of alignment of the building of Zagorsk pumped storage station by compensation grouting method. Vestnik MGSU [Proceedings of the Moscow State University of Civil Engineering], Vol. 13, Issue 4(115), 490-498 [in Russian].
3. Jean-Louis Valet. (2002). Compensation Grouting: the Technology in Real Time. Metro i tonneli [Undergroundand Tunnels], 4, 16-19 [in Russian].
4. Bellendir, E. N., Aleksandrov, A. V., Zertsalov, M. G., & Simutin, A. N. (2016). Protection and alignment of buildings and structures using the technology of compensatory injection. Gidrotekhnicheskoe stroitel'stvo [Hydro-engineering Construction], 2, 15-19 [in Russian].
5. Makovskiy, L. V., & Chebotarev, S. V. (2000). Limiting the Settlement of Earth Surface by Compensation Grouting during the Construction of Tunnels by Closed Method. Transport: nauka, tekhnika, upravlenie [Transport: Science, Technology, Management], 2, 44-47 [in Russian].
6. Makovskiy, L. V., & Kravchenko, V. V. (2008). The Use of Compensation Grouting in the Construction of Underground Structures in Complex Urban Conditions. In Sbornik nauchnyh trudov: Transportnoe tonnelestroenie. Sovremennyy opyt i perspektivnye razrabotki [Collection of Scientific Works: Transport Tunneling. Current Experience and Future Developments] (pp. 112-120). Moscow: TsNIIS Publ. [in Russian].
7. Rashendorfer, Yu., Zhukov, V. N., & Mayer, K. (2008). Compensatory Injection as a Method Sustainability of Buildings and Structures in Tunneling: Special Working Methods. Metro i tonneli [Undergroundand Tunnels], 4, 26-28 [in Russian].
8. Bezuijen, A. (2010). Compensation grouting in sand: Experiments, field experiences and mechanisms. Doctoral thesis on civil engineering andgeosciences. Delft, 98 p.
9. Chambosse, G., & Otterbein, R. (2001). State of the art of compensation grouting in Germany. Proceeding XV International Conference on soil Mechanics and Foundation Engineering (pp. 1511-1514). Turkey, Istanbul.
10. Mair Freng, R., & Harris, D. (2001). Innovative engineering to control Big Ben's tilt. Ingenia, 9, 23-27.
11. Schweiger, H. F., & Falk, E. (1998). Reduction of settlements by compensation grouting - Numerical studies and experience from Lisbon underground. In Tunnels and Metropolises (pp. 1047-1052). Balkema, Rotterdam.
12. Vestnik RusHYDRO. (n. d.). Retrieved from http://www.rushydro.ru /upload/iblock/959/ Vestnik_Rusgidro11_2013_w.pdf [in Russian].
13. Aleksandrov, A. V., Bellendir, E. N., Lashchenov, S. Ya., & Aljzhanov, R. Sh. (2016). Elimination of the consequences of the draft of the Zagorskaya PSHPP-2 station building and the reconstruction works. Gidrotekhnicheskoe stroitelstvo [Power Technology and Engineering], 7, 210 [in Russian].
14. Zertsalov, M. G., Simutin, A. N., & Aleksandrov, A. V. (2018). The use of FEM for the numerical forecast of the results of controlled compensation grouting. Gidrotekhnicheskoe stroitelstvo [Power Technology and Engineering], 8, 2-6 [in Russian].
15. Hiller, Bernd, & Jambaev, H. K. (2016). Development and natural tests of automated systems of deformation monitoring. Vestnik SGUGiT [Vestnik SSUGT], 1(33), 48-61 [in Russian].
16. Sholomitsky, A. A., Lagutina, E. K., & Soboleva, E. L. (2017). High Precision Geodetic Measurements at Deformation Monitoring of Aquapark. Vestnik SGUGiT [Vestnik SSUGT], 22(3), 45-59 [in Russian].
17. Hiller, B., Li, V. T., & Sukhov, I. V. (2014). Automated deformation monitoring system (ASDM) at the Sayano-Shushenskaya HPP. Inzhenernaya zashchita [Engineering Protection], 4(4), 36-43 [in Russian].
18. Lutes, J. A. (2002). Automated Dam Displacement Monitoring Using A Robotic Total Station. Department of Geodesy and Geomatics Engineering Technical Report No. 214. Canada: University of New Brunswick, 138 p.
19. Whitaker, C., Duffy, M., & Chrzanowski, A. (2000). Design of an automated dam deformation monitoring system: A case study. Journal of Geospatial Engineering, 2(1), 23-31.
20. Szostak-Chrzanowski, A. (2006). Interdisciplinary Approach to Deformation Analysis in Engineering, Mining, and Geosciences Projects by Combining Monitoring Surveys with Deterministic Modelling. Technical Sciences Journal, Part I, 147-172.
21. Szostak-Chrzanowski, A. (2006). Interdisciplinary Approach to Deformation Analysis in Engineering, Mining, and Geosciences Projects by Combining Monitoring Surveys with Deterministic Modelling. Technical Sciences Journal, Part II, 173-200.
Received 31.10.2018
© A. V. Ustinov, 2018
