Единая система мониторинга автодорог в криолитозоне. Концептуальная схема.
Фото: Филиппов Владимир/GeoPhoto
Эксплуатация линейных объектов в зоне распространения многолетнемерзлых грунтов всегда сопровождалась большим количеством проблем, требующих сложных процедур диагностики, периодических ремонтных работ и оригинальных проектных решений для их нивелирования. В связи с развитием дорожной сети, количество деформаций автодорог растет, а комплексных решений пока нет. Именно такие предпосылки и послужили началу работы над отраслевым дорожным нормативно-методическим документом для мониторинга автодорог в криолитозоне. Подробнее ознакомиться с проблематикой можно в статье.
Согласно общему мнению специалистов из профильных научно-исследовательских организаций, система мониторинга не должна ограничиваться однократным выполнением полевых работ и наблюдением за показателями датчиков. Система мониторинга — это непрерывный процесс, вовлекающий обширный перечень организационно-административных, научно-технических и информационных мероприятий, направленных на достижение цели, преследуемой при создании такой системы. Основные цели — это диагностика состояния, установление причин деформаций, и научное обоснование защитных мероприятий на всех этапах жизненного цикла автомобильных дорог.
Если рассматривать систему мониторинга в рамках отдельного участка автодороги, то достижение основной цели мониторинга здесь обеспечивается путем координации исследований в рамках трех направлений:
В рамках системы мониторинга было решено выделить 3 различных уровня детализации исследований:
Концептуально, систему мониторинга на локальном уровне можно представить в виде схемы (рис. 1). Исходные данные не ограничиваются данными изысканий и исследований, проведенными в рамках подготовки проектной документации, однако было установлено, что часто для создания полноценной системы мониторинга таких данных недостаточно. Кроме того, таким данным требуется актуализация. Поэтому в обязательном порядке организуют комплексные инженерно-геокриологические исследования отдельных участков.
Рис. 1. Концептуальная схема системы мониторинга в рамках локального участка.
В ходе комплексных геокриологических исследований также определяется необходимость размещения стационарного поста мониторинга для контроля геокриологических параметров. Система мониторинга строится вокруг представлений о цельной литотехнической системе, формализованной в виде модели с набором параметров и характеристик. Особое внимание здесь также следует уделить повторным исследованиям на локальном участке — это могут быть как специальные маршрутные обследования, так и более сложные инженерно-геологические работы.
На актуальной модели литотехнической системы строится прогноз, результаты которого являются основанием для принятия любых управляющих решений, в том числе:
Таким образом, несмотря на амбициозность и сложность поставленных перед научным сообществом задач, в контексте геокриологического мониторинга мы наблюдаем уверенное развитие нормативно-методической базы.
Эксплуатация линейных объектов в зоне распространения многолетнемерзлых грунтов всегда сопровождалась большим количеством проблем, требующих сложных процедур диагностики, периодических ремонтных работ и оригинальных проектных решений для их нивелирования. В связи с развитием дорожной сети, количество деформаций автодорог растет, а комплексных решений пока нет. Именно такие предпосылки и послужили началу работы над отраслевым дорожным нормативно-методическим документом для мониторинга автодорог в криолитозоне. Подробнее ознакомиться с проблематикой можно в статье.
Согласно общему мнению специалистов из профильных научно-исследовательских организаций, система мониторинга не должна ограничиваться однократным выполнением полевых работ и наблюдением за показателями датчиков. Система мониторинга — это непрерывный процесс, вовлекающий обширный перечень организационно-административных, научно-технических и информационных мероприятий, направленных на достижение цели, преследуемой при создании такой системы. Основные цели — это диагностика состояния, установление причин деформаций, и научное обоснование защитных мероприятий на всех этапах жизненного цикла автомобильных дорог.
Если рассматривать систему мониторинга в рамках отдельного участка автодороги, то достижение основной цели мониторинга здесь обеспечивается путем координации исследований в рамках трех направлений:
- инженерно-геокриологические исследования, включая гидрогеологические, инженерно-геологические и геокриологические;
- гидрометеорологические;
- исследование напряженно-деформированного состояние и водно-теплового режима дорожных одежд.
В рамках системы мониторинга было решено выделить 3 различных уровня детализации исследований:
- Региональный уровень — масштаб съемки 1:100 000 — 1:200 000. На региональном уровне используются, в основном, дистанционные методы и маршрутные исследования. Основная задача мониторинга автодорог в мелком масштабе — это первичное районирование трассы, инвентаризация опасных процессов и выявление общих региональных закономерностей.
- Локальный уровень — масштаб съемки 1:10 000 - 1:25 000. Локальные исследования приурочены к проблемным участкам. Основная задача — диагностика причины и получение данных для составления прогноза, на основании которого возможно будет принятие управляющих решений. На локальном уровне уже используется более широкий спектр видов работ — от детальной спутниковой съемки и получения цифровых моделей рельефа при помощи лазерного сканирования или фотограмметрических методов (часто по данным БПЛА) до проходки горных выработок непосредственно в местах проявления или активизации опасных процессов.
- Точечный уровень. На неоднозначных участках, часто со сложными инженерно-геологическими условиями предполагается оборудование стационарных постов мониторинга. Стационарные посты не только призваны помочь в произведении диагностики, но и участвуют в накоплении системных знаний о новых закономерностях. Кроме того, такие посты выполняют научно-исследовательскую функцию, помогая в определении наиболее рациональных решений для инженерной защиты полотна автодороги и сопутствующих сооружений в пределах исследуемой территории.
Концептуально, систему мониторинга на локальном уровне можно представить в виде схемы (рис. 1). Исходные данные не ограничиваются данными изысканий и исследований, проведенными в рамках подготовки проектной документации, однако было установлено, что часто для создания полноценной системы мониторинга таких данных недостаточно. Кроме того, таким данным требуется актуализация. Поэтому в обязательном порядке организуют комплексные инженерно-геокриологические исследования отдельных участков.
Рис. 1. Концептуальная схема системы мониторинга в рамках локального участка.
В ходе комплексных геокриологических исследований также определяется необходимость размещения стационарного поста мониторинга для контроля геокриологических параметров. Система мониторинга строится вокруг представлений о цельной литотехнической системе, формализованной в виде модели с набором параметров и характеристик. Особое внимание здесь также следует уделить повторным исследованиям на локальном участке — это могут быть как специальные маршрутные обследования, так и более сложные инженерно-геологические работы.
На актуальной модели литотехнической системы строится прогноз, результаты которого являются основанием для принятия любых управляющих решений, в том числе:
- установка дополнительных компонентов поста мониторинга,
- работы по ремонту и реконструкции участка,
- повторные исследования, нацеленные на конкретную задачу,
- проведение мероприятий по выбору, обоснованию и установке инженерной защиты,
- принятие решений о дальнейшем использовании конкретных видов инженерной защиты для решения специфических проблем на объекте (оценка эффективности).
Таким образом, несмотря на амбициозность и сложность поставленных перед научным сообществом задач, в контексте геокриологического мониторинга мы наблюдаем уверенное развитие нормативно-методической базы.