Материалы Третьей Общероссийской конференции изыскательских организаций. Инженерные изыскания в строительстве

Подождите немного. Документ загружается.

290

ейсмоакустические исследования на аквато-

риях для строительства мостов, подводных

трубопроводов, для обоснования выбора площадок

под буровые платформы, портовые сооружения

требуют изучения верхней части разреза до глубин

30-100 м с разрешающей способностью 0,5-3 м. В

зависимости от инженерных задач и геологических

условий производится расчленение разреза на

верхнюю рыхлую толщу и коренные отложения,

выделяются разломы, зоны закарстованности из-

вестняков, «газовые карманы» и т.д. Зачастую тре-

буется также определение сейсмических скоростей

в отложениях для оценки их физико-механических

характеристик.

Для решения этих задач используется многока-

нальное сейсмоакустическое профилирование на

двух частотных диапазонах и гидролокация боково-

го обзора.

Аппаратура и методика работ. Акустические ко-

лебания возбуждаются двумя видами источников.

Для достижения высокого разрешения (0,5 м) ис-

пользуется бумер с величиной напряжения 100-200

КОМПЛЕКС СЕЙСМОАКУСТИЧЕСКИХ

МЕТОДОВ ПРИ ИЗЫСКАНИЯХ ДЛЯ

СТРОИТЕЛЬСТВА МОСТОВ

Гайнанов В.Г., Старовойтов А.В., Баскакова Г.В.

ООО «ДЕКО-Проект», Москва

Рис. 1. Схема расположения сейсмоакустических профилей

Sbornic_New_1 01/12/2008 19:43 Page 290

Дж и частотой колебаний в интервале от 500 до 4000

Гц . Сейсмоакустические исследования на требуе-

мую глубину (30-100 м) осуществляются путем ис-

пользования спаркера с величиной напряжения

около 600 Дж и частотой колебаний в интервале от

100 до 1000 Гц.

Прием и регистрация данных – многоканальная.

Используется специальная малогабаритная 16-ка-

нальная коса с встроенными усилителями и 16-ка-

нальный цифровой регистратор – сейсмоакустиче-

ский комплекс «Нильма».

Для изучения акустических характеристик дна

и распределения донных отложений используют-

ся гидролокаторы бокового обзора «Гидра» или

«Катран».

Буксировка бумера, спаркера и 16-канальной

косы осуществляется с помощью специального

плотика, что позволяет достаточно точно задать

291

Перспективы развития инженерных изысканий в Российской Федерации

Рис. 2. Сейсмоакустический разрез через русло реки (сейсмоакустический источник – бумер).

Суммирование по ОГТ 10 каналов

Рис. 3. Сейсмоакустический разрез вдоль русла реки (а) в сравнении с фрагментом мозаики ГЛБО

(б). Хорошо видно строение и характер распространения песчаных валов на дне реки

Sbornic_New_1 01/12/2008 19:43 Page 291

292

МАТЕРИАЛЫ III ВСЕРОССИЙСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ

необходимую глубину буксировки для каждой сис-

темы, а также их относительное положение в про-

странстве.

Обработка данных осуществляется в системе

«RadExPro», которая включает как обработку данных

каждого канала, так и многоканальную обработку:

суммирование по ОГТ, скоростной анализ и т.д.

Использование многоканальных систем наблю-

дений, глубокая цифровая обработка данных поз-

воляют получить достаточно хорошие результаты

даже в таких условиях, когда обычные однока-

нальные системы дают неудовлетворительные ре-

зультаты.

В качестве примера рассмотрим некоторые ре-

зультаты комплексных сейсмоакустических иссле-

дований, проведенных в рамках работ по инженер-

но-геологическим изысканиям под строительство

моста через большую реку.

Результаты. Работы проводились по сети профи-

лей, расположенных как поперек, так и вдоль реки

(рис. 1).

Основными результатами работ являются сейс-

моакустические временные разрезы, полученные

после суммирования данных по ОГТ. Характерный

сейсмоакустический разрез через русло реки пред-

ставлен на рис. 2, на котором четко выделяется тол-

ща аллювиальных отложений, накопленных у лево-

го берега реки. На профиле, пройденном вдоль ре-

ки, наблюдаются песчаные валы, образованные в ее

русле (рис. 3а). Распространение песчаных валов в

плане хорошо видно на мозаике ГЛБО (рис. 3б).

Для более достоверного определения физической

природы границ по отдельным участкам профилей

вычислялись также мгновенные амплитуды и по-

лярности отражений. Результаты скоростного ана-

лиза многоканальных данных использовались при

интерпретации для перестроения временного раз-

реза в глубинный, а также для более достоверной

идентификации литологии и физических свойств

выделенных типов отложений. Например, извест-

няки, залегающие у правого берега и глубоководной

части русла реки выделяются достаточно большими

значениями пластовых скоростей – около 2100 м/с

(рис. 4), в то время как аллювиальные отложения

характеризуются значениями около 1600-1700 м/с.

Выводы

1. Используемый комплекс сейсмоакустических ме-

тодов позволяет проводить исследования в тече-

ние короткого срока (полевые работы – 5-7 дней,

обработка – 15 дней).

2. Комплексирование сейсмоакустического профи-

лирования и локации бокового обзора позволяет

получать «объемные» картины, т.е. изучать строе-

ние площадки, как в глубину, так и в плане.

3. Многоканальные наблюдения позволяют оцени-

вать сейсмические скорости в исследуемых отло-

жениях, благодаря чему возрастает точность стру-

ктурных построений, а в отдельных случаях, даже

в отсутствии скважин в акватории, появляется

возможность идентифицировать литологию вы-

деляемых толщ.

Рис. 4. Окно скоростного анализа для точки наблюдений, дно реки в которой сложено известняками.

Известняки выделяются характерной формой записи на временных разрезах и более высокими

значениями пластовых скоростей (2100 м/с)

Sbornic_New_1 01/12/2008 19:43 Page 292

293

еорадар типа Лоза-В и его особенности. Геора-

дары типа «Лоза-В» отличаются от большин-

ства других тем, что зондирующий импульс имеет

величину несколько тысяч Вольт, что обеспечива-

ет большой энергетический потенциал, позволя-

ющий работать в средах с высокой проводимо-

стью. Кроме того, астробоскопическое преобра-

зование заменено прямой регистрацией сигнала,

без преобразования его в область низких частот.

В качестве антенн, в георадарах серии «ЛОЗА»,

используются резистивно нагруженные диполи.

Это гарантирует отсутствие в принимаемом сиг-

нале «звона», который всегда присутствует в наи-

более распространенных в мире антеннах типа

«бабочка». Синхронизация приемника в георада-

рах «Лоза» происходит по воздушной волне.

Небольшой вес и размеры весьма удобны при

работе в городе. Прибор очень надежен – ни од-

ного отказа за три года эксплуатации. Мы исполь-

зовали его и при +35°С и при -30°С без каких-ли-

бо технических проблем.

Приемная и передающая антенны радара раз-

несены в разные блоки, что дает возможность

производить геоэлектрическое зондирование сле-

дующим способом: антенные блоки разносятся

друг от друга. Серия последовательных измерений

позволяет получить годограф – функцию отра-

женных сигналов в зависимости от расстояния

между антеннами.

Данная способность прибора весьма полезна,

особенно, при работе вдали от населенных пунк-

тов. Однако в городских условиях, достаточно ча-

сто приходится работать вблизи источников ВЧ

помех, таких как телевизионные станции. Тогда

синхронизация по воздушной волне между при-

емником и передатчиком становится серьезным

недостатком.

В городе Уфе в настоящее время новое строи-

тельство ведется в основном в местах со сложны-

ми инженерно-геологическими условиями: на

крутых склонах холмов, в оврагах и на оползне- и

карстоопасных территориях. В связи с этим для

решения геотехнических задач необходим значи-

тельный объем различных измерений.

Большинство проектных организаций решают

их с использованием традиционной технологии –

бурении большого количества скважин.

Использование георадара, особенно его воз-

можностей геолокационного зондирования, по-

зволяет успешно решать такие задачи. Однако

этот метод в городских условиях отличается и

слабой защищенностью от помех и высокой це-

ной ошибки.

Авторы используют комплексный метод для

решения ряда геотехнических задач. На исследуе-

мой площадке производится профилирование.

При этом, как правило, строится несколько па-

раллельных гео-профилей, что дает возможность

построения трехмерных моделей. Затем намеча-

ются точки, в которых производится статическое

и/или динамическое зондирование грунта.

Установки для статического и динамического

зондирования разработаны в институте БашНИ-

Истрой и успешно применяются уже около 50 лет.

Статическое зондирование – это процесс вдавли-

вания металлической штанги в грунт с одновре-

менным измерением давления под конусом зонда

и давления по боковой поверхности зонда. Эти

измеренные величины и их соотношения дают

достаточно информации о строении грунта. Ди-

намическое зондирование – это процесс погру-

жения штанги с помощью серий ударов. При этом

фиксируется необходимое количество ударов для

погружения штанги на определенную глубину.

ПРИМЕНЕНИЕ ГЕОРАДАРА

В ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ

ИЗЫСКАНИЯХ

Коган Г.В., Самигуллин М.Н., Степанов Е.В.

БашНИИстрой, Уфа

Sbornic_New_1 01/12/2008 19:43 Page 293

С помощью данных методов мы определяем ис-

тинную глубину залегания различных грунтов, их

мощности, а также ряд значений, характеризую-

щий их механические характеристики.

Рассмотрим математическую модель В.В. Ко-

пейкина. Пусть грунт состоит из трех параллель-

ных слоев. При нормальном падении волны на

резкую границу коэффициент отражения в не-

проводящих средах имеет вид:

(1)

Коэффициент прохождения T при вертикаль-

ном падении в непроводящей среде имеет вид:

(2)

Параметрами (независимыми переменными),

которые необходимо определить, являются: толщи-

на первого и второго слоев h

и h

, диэлектрические

проницаемости

, проводимости

Эти семь независимых переменных влияют на

параметры двух отраженных импульсов. Из при-

нятых отраженных сигналов можно определить

только четыре параметра: время задержки t

и t

амплитуды A

и A

Для этих четырех параметров можно записать

четыре независимых уравнения, связывающие их

с параметрами среды

(3)

(4)

= A

exp(–2p

) (5)

= A

exp(–2p

–2p

) (6)

Здесь: R

– коэффициент отражения от гра-

ницы между первым и вторым слоями, T

– ко-

эффициент прохождения через границу между

первым и вторым слоями, R

– коэффициент

отражения от границы между вторым и третьим

слоями, T

– коэффициент прохождения через

границу между вторым и первым слоями, c –

скорость света в вакууме, A

– начальная амп-

литуда.

В области высоких частот коэффициент затуха-

ния и проводимость связаны следующей зависи-

мостью:

294

МАТЕРИАЛЫ III ВСЕРОССИЙСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ

Рис. 1. Радарограмма (геоэлектрический разрез 3-3)

Sbornic_New_1 01/12/2008 19:43 Page 294

295

Перспективы развития инженерных изысканий в Российской Федерации

Рис. 2. План-схема проведения георадиолокационных работ на площадке строительства жилых

домов по ул. Ленинградская в г. Салавате

Рис. 3. Башня ретранслятора в с. Каварды

Sbornic_New_1 01/12/2008 19:43 Page 295

296

МАТЕРИАЛЫ III ВСЕРОССИЙСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ

(7)

Из приведенных выше формул видно, что при

профилировании решить обратную задачу невоз-

можно: семь независимых переменных не могут

быть однозначно определены из четырех уравне-

ний. Задача решается только при наличии допол-

нительной информации.

Использование статического и/или динамиче-

ского зондирования совместно с георадарным

профилированием дает возможность решения од-

нозначного решения данной задачи.

Этот метод применяется авторами при выпол-

нении работ большого числа объектов города.

Особенно эффективен данный метод при иссле-

довании строительных площадок, расположен-

ных на надпойменных террасах. На рисунке 1 по-

казан профиль, где выделена зона илистых ослаб-

ленных грунтов. На рисунке 2 выделена зона сла-

бых грунтов.

Одно из важнейших областей применения дан-

ного метода – использование его для контроля ка-

чества работ по усилению грунтового основания.

Так, например, если на георадарном разрезе выде-

ляются аномальные зоны, то в зависимости от по-

лярности отраженного от границ таких зон сигна-

ла, судят о том, что они собой представляют. Из (1)

следует, что коэффициент отражения может быть

как положительным, так и отрицательным.

Если

, т.е. волна падает из менее оптически

плотной среды в более плотную, коэффициент отра-

жения отрицателен. При

он имеет положи-

тельное значение. В первом случае отраженный от

границы сигнал «переворачивается», т.е. умножается

на отрицательную величину, а это означает, что дан-

ная зона – это заполненная бетонным раствором по-

лость. Во втором случае повторяет он форму, кото-

рую имел до отражения и, следовательно, это грани-

ца полости, заполненной слабыми грунтами. На ри-

сунке 3 показан один из примеров такой работы.

Наряду с задачами по определению параметров

грунтового основания, часто встречаются задачи

по определению положения инженерных комму-

никаций и проектированию трасс наклонно- на-

правленного бурения. Данный метод весьма эф-

фективен для контроля качества уплотнения ос-

нования автодорог.

Заключение

Предложенный метод решения геотехнических за-

дач, включающий совместное использование

GPRadar технологии и установки статического

зондирования грунтов позволяет с минимальными

затратами средств и времени получать надежную и

точную информацию о грунтовом основании.

Sbornic_New_1 01/12/2008 19:43 Page 296

297

нженерные изыскания на морских аквато-

риях выполняются в силу особых природных

условий практически на всех этапах изучения и

освоения нефтегазовых ресурсов. Особо жесткие

требования к содержанию, объему и результатам

изысканий предъявляются на Каспии в силу

замкнутости его акватории, уникальности и уяз-

вимости его экосистемы.

На всех этапах важную роль играют геофизиче-

ские исследования, выполняемые при инженер-

но-геологических изысканиях в первоочередном

порядке. Они являются наиболее ответственными

с позиций выявления и локализации опасностей,

существующих на поверхности дна и в грунтовой

толще. Задачи их и виды геофизических работ пе-

речислены в нижеследующей таблице.

Многолетний опыт позволяет оценить эффек-

тивность указанных исследований на Каспии с

применением современных средств в решении

основных целевых задач изысканий и, прежде

всего, в выявлении разнообразных опасных и не-

благоприятных объектов, геологических компо-

нентов и явлений, наблюдающихся в нефтегазо-

носных районах акватории.

Гидролокационное обследование дна, являясь

составной частью инженерно-гидрографических

работ, выполняется обычно совместно с эхолоти-

рованием. При инженерных изысканиях приме-

няются цифровые гидролокаторы бокового обзо-

ра с диапазоном рабочих частот от 100 кГц до 800

кГц. Современные программные средства обеспе-

чивают геометрические масштабированные пре-

образования исходных гидролокационных запи-

сей с формированием по ним планов по профи-

лям и последующее построение гидролокацион-

ных планов исследованных площадей в заданных

масштабах.

На гидролокационных записях-сонограммах от-

четливо отображаются особенности донной по-

верхности и следы её естественных природных пре-

образований (рис. 1) – микрорельеф и распределе-

ние донных грунтов, характеризующие происходя-

щие литодинамические процессы, тектонические

разрывы донной поверхности и связанные с ними

места разгрузки глубинных вод. Во многих местах

зафиксированы различные затонувшие и утерян-

ные объекты. Наиболее многочисленными являют-

ся рыболовные сети и утерянные части рыбопро-

мысловых тралов. В районе нефтегазопромыслов

на сонограммах детально отображаются подводные

основания гидротехнических сооружений и осо-

бенности залегания трубопроводов (рис. 2).

РОЛЬ И ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ

ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

В СОСТАВЕ ИНЖЕНЕРНО-

ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИЗЫСКАНИЙ ПРИ

ИЗУЧЕНИИ И ОСВОЕНИИ

НЕФТЕГАЗОВЫХ РЕСУРСОВ КАСПИЯ

Безродных Ю.П.

АО «Моринжгеология», Астрахань

Задачи изысканий Виды работ

Изучение глубин моря, рельефа дна, Промер, гидролокационное обследование дна

распределения донных осадков

Выявление донных объектов, опасных либо Гидролокационное обследование дна,

неблагоприятных для СПБУ, гидротехнических гидромагнитная съемка (магнитометрия)

сооружений и подводных трубопроводов

Изучение геологического строения грунтовой толщи, Двухчастотное сейсмоакустическое профилирование,

выявление и локализация «геологических опасностей» сейсмо-разведочные работы высокого разрешения

(на отдельных объектах со сложными условиями)

Sbornic_New_1 01/12/2008 19:43 Page 297

Гидромагнитная съемка в составе инженерно-

геологических изысканий направлена на выявле-

ние затонувших магнитовозмущающих объектов,

залегающих на поверхности дна либо погребен-

ных в донных наносах. Для решения этой задачи

требуются высокоточные прецизионные магни-

тометры типа морских буксируемых металлоиска-

телей. Нами применяются морские цезиевые маг-

нитометры G-882 (фирма Geometric, USA), осна-

щенные средствами определения позиции гондо-

лы относительно дна и водной поверхности. Схе-

ма буксировки и плотность сети профилей на-

блюдений задается размерами объектов, подлежа-

щих выявлению.

Для поиска мелких объектов массой менее 100

кг применяется дифференциальная система на-

блюдений на основе двух магнитометров. Про-

граммные средства обработки позволяют выпол-

298

МАТЕРИАЛЫ III ВСЕРОССИЙСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ

Рис. 1. Примеры отображения на гидролокационных записях природных особенностей донной

поверхности Каспия: А – распределение раковинных грунтов (Р) и песчаных наносов (П); Б –

новейший тектонический разрыв морского дна и сопряженные с ним плотностные неоднородности в

придонном водном слое, вызывающие «затемнение» донной поверхности; В – гряда (слева) и

цепочка (справа) конусовидных тел, формирующихся на дне у тектонических нарушений в местах

выхода газа и разгрузки термальных вод (на сонограмме черные пики – тени конусовидных тел)

Sbornic_New_1 01/12/2008 19:43 Page 298

нять фильтрацию, трансформацию записей, вы-

числение спектров и обеспечивают выделение

аномалий, связанных с железосодержащими объ-

ектами. Интерпретация результатов гидромагнит-

ной съемки осуществляется совместно с материа-

лами гидролокационного обследования дна.

Опыт работ показывает, что при расстоянии меж-

ду профилями порядка 25 м и буксировке гондолы

магнитометра на удалении около 5 м от дна воз-

можно выделение объектов с магнитной массой

10 кг и меньше.

Сейсмоакустическое профилирование является

основным методом изучения геологического

строения грунтовой толщи на глубину до 80-

100 м, иногда и более, и выявления в ней т.н. «гео-

логических опасностей» – геологических компо-

нентов, объектов, опасных или неблагоприятных

для используемых установок, проектируемых

производственных сооружений и подводных ком-

муникаций.

Работы выполняются нами с помощью сейс-

моакустического комплекса САК-5, обеспечи-

вающего двухчастотную систему профилирова-

ния параллельно по двум отдельным каналам со

сдвигом в 0,5 мс, благодаря применению двух

разночастотных генераторов упругих колеба-

299

Перспективы развития инженерных изысканий в Российской Федерации

Рис. 2. Особенности залегания трубопроводов на морском дне

Рис. 3. Погребенное палеопонижение, выполненное «слабыми» глинистыми грунтами

Sbornic_New_1 01/12/2008 19:43 Page 299