Рис.1 Аппаратура и методы исследования состояния обделки и затюбингового пространства тоннелей и подземных горных выработок. а — аппаратурный комплекс акустического просвечивания и зондирования АПЗ-1 при контроле состояния грунтов основания тоннелей; б — исследование обделки тоннелей сейсмоакустическим методом прибором ИДС-1; в — обнаружение трещин методом ультразвукового прозвучивания ультразвуковым прибором Пульсар 2.2

ООО «Геодиагностика» выполняет полный комплекс работ по исследованию состояния обделки и затюбингового пространства тоннелей, поиска пустот, определения сплошности и модуля деформации грунтов основания и качества тампонажа методами межскважинного акустического просвечивания, сейсмоакустического зондирования и прозвучивания. Проводятся опытные работы по выявления отражающих упругие волны структур (разломов, границ раздела сред) впереди забоя методом сейсмоакустического зондирования с помощью датчиков выдвигаемых в затюбинговое пространство через нагнетательные отверстия в тюбингах.

Первые исследование выполнены в тоннеле, сооружаемом щитом «Виктория» между станциями «Лесная» и «Площадь мужества» Санкт-Петербургского метрополитена в 2003 г.

Стендовые исследования

Как понял автор, на стенд в ЗАО «Метробетон «в 2003 г. Заказчик привозил различные организации, изъявлявшие желание решить задачу определения толщины слоя уплотнительного раствора в затюбинговом пространстве новых тоннелей, сооружаемых проходческим щитом «Виктория» через зону «Размыв» между станциями «Лесная» и «Площадь Мужества» в Санкт-Петербурге. Слой уплотнительного раствора формировался в процессе проходки щита и был предназначен для защиты обделки тоннеля от прямого воздействия грунтовых вод и дополнительной гидроизоляции тоннеля. Наличие незаполненных зон (пустот) в затюбинговом пространстве могло вызвать осадки грунтов и, как следствие, деформации зданий.

Исследования были выполнены в апреле 2003 г. Стенд состоял из двух тюбингов, поставленных вертикально и скрепленных стальной фермой (рис.2 и 3). Для моделирования различных сред в затюбинговом пространстве (бетон, вода, воздух) использовалась сварная конструкция в виде стального короба, прижатая к наружней поверхности тюбингов. Короб был разделен на две части, одна из которых была заполнена бетоном толщиной, вторая — оставалась пустой или наполнялась водой.

Цель исследований на стенде заключалась в проверке принципиальной возможности определения толщины слоя уплотнительного раствора различными методами (ультразвуковыми, акустическими и др.).

Наиболее убедительные результаты показал аппаратурный комплекс АПИ-3К Всероссийского научно-исследовательского института методики и техники разведки (ВИТР). В результате акустического зондирования на стенде получены эхо-сигналы, отраженные от границ раздела тюбинг — воздух, тюбинг-вода и уплотнительный раствор — воздух, что показало возможность диагностирования состояния затюбингового пространства методом акустическом зондировании с внутренней поверхности обделки тоннеля. В 2003 г. аппаратура ВИТР была наиболее продвинутой — мощный короткий импульс излучения от электроискрового излучателя, чувствительный приемник и самое главное, регистрация и обработка сигналов на персональном компьютере. Анализ записей в программе цифровой обработки позволял определять время прихода эхо-сигналов от различных границ раздела.

По сути, выиграли соревнование у конкурентов и отправились в тоннель.

Рис.3. Ивашев В. К., Архипов А. Г. и Чернышев И. Д. Рис.4. Общий вид стенда

На стенде в ЗАО «Метробетон «

Результаты исследований

• На большинстве точек акустического зондирования были зарегистрированы импульсы, отраженные от внешней границы «уплотнительный раствор — грунт». Время прихода эхо-сигнала соответствовало проектной толщине слоя уплотнительного раствора.
• На части точек было выявлено наличие искажений эхо-сигналов, свидетельствующих об изменении в слое уплотнительного раствора.
• В результате Заказчик получил зависимость толщины слоя уплотнительного раствора по длине тоннеля, что помогло принять решение о бетонировании лотка.

Рис.5. Акустическое зондирование обделки новых тоннелей между станциями «Лесная» и «Площадь Мужества»