Технологии контроля сплошности

Акустические, упругие, деформационные, прочностные свойства и трещиноватость материалов оснований зданий и сооружений (грунтов, бетона, грунтоцемента) связаны между собой, что позволяет использовать акустические методы при контроле качества строительных работ, геологоразведочных работах и инженерно-геологических изысканиях.

Технические средства и технологии импульсного межскважинного акустического просвечивания и зондирования массивов горных пород были разработаны Всероссийским НИИ методики и техники разведки (ВИТР) в конце 60-х годов 20 века. Серийно выпускались аппаратуры МАП-1 (1974г.) и АПИ-1 (1981).

После реорганизации ВИТР работы по созданию технических средств и методов акустического просвечивания и зондирования перешли в ООО “Геодиагностика”. В настоящее время разработан компьютеризированный аппаратурный комплекс импульсного акустического просвечивания и зондирования АПЗ-1. В состав аппаратурного комплекса АПЗ-1 входят: излучающая установка (ИУ) и измерительная система (ИС). ИУ включает генератор импульсов тока, высоковольтный кабель и электроискровой излучатель. ИС состоит из скважинного приемника или вибропреобразователя, усилителя и комплекса программно-аппаратных средств на базе персонального компьютера. Скважинные приборы эксплуатируются совместно с каротажным подъемником, оснащенным кабелем типа КГ-3, в гидронаполненных скважинах или шпурах диаметром 46 мм и более, глубиной до 150 м и при расстояниях между ними до 100 м.

Аппаратурный комплекс АПЗ-1 предназначен для измерения времени распространения, амплитуды и частоты импульса упругих волн в горных породах между излучателем и приемником с целью определения упругих характеристик среды. Аппаратурный комплекс АПЗ-1 откалиброван Всероссийским НИИ метрологии им. Д.И.Менделеева (Сертификат калибровки средства измерения №2520-944 от 11.04.06). Основная относительная погрешность измерения АПЗ-1: времени +5 %; виброускорения +8 %; частоты колебаний +2 %.

Аппаратурный комплекс обеспечивает:

- контроль состояния грунтов и восстановления фундаментов наземных сооружений до и после воздействия на них различными способами упрочнения; контроль качества замораживания и цементации грунтов при сооружении горных выработок (стволов, тоннелей, наклонных ходов) и оснований дорог;

- определение наличия пустот и характера среды за бетонными плитами; контроль состояния обделки тоннелей и дорожного покрытия, контроль буронабивных и забивных свай и бетонных опор мостов;

- расчленение геологического разреза, обнаружение и оконтуривание слепых рудных тел, кварцевых жил, зон трещиноватости, карста, таликов и погребенного льда, нижних границ рыхлых толщ и коры выветривания.

Дальность просвечивания по рыхлым грунтам (пескам, супесям) составляет не менее 20 м, по скальным грунтам (гранитам) - достигает 150 м. Глубина зондирования по скальным грунтам и бетонам - до 40 м. Разрешающая способность при акустическом просвечивании грунтов + 0,5 м, при зондировании скальных грунтов и бетонов + 0,05 м.

Вместе с аппаратурным комплексом разработан и апробирован комплекс технологий для решения практических задач при геологоразведочных, инженерно-геологических и строительных работах.

Технология поиска рудных тел в межскважинном пространстве методом акустического просвечивания апробирована в период 1970 – 1990 г.г. на десятках месторождений СССР, в том числе на месторождениях Кочбулак (Узбекистан), Узудмурт (Казахстан), Карамкен (Россия). Использование акустического просвечивания обеспечивает прослеживание рудного тела в межскважинном и межвыработочном пространстве, что позволяет повысить качество и точность подсчета запасов месторождений полезных ископаемых, снизить затраты на разведку за сокращения числа разведочных скважин и горных выработок.

Технология исследования ледогрунтовых ограждений методом акустического просвечивания предназначена для контроля сплошности ледогрунтовых ограждений (ЛГО) перед началом проходческих работ. Основной диагностический параметр состояния ЛГО – скорость продольной упругой волны в замороженных грунтах. “Методические указания по контролю состояния ледогрунтовых ограждений межскважинным акустическим просвечиванием (МАП) при сооружении тоннелей в сложных гидрогеологических условиях» Л., ВИТР, 1981, одобрены Управлением Главтоннельстроя СССР. Первые работы по контролю сплошности ЛГО проведены в 1974г. на участке “Размыв” Кировско-Выборгской линии Ленинградского метрополитена (руководитель работ О.С.Андреев). В 2001-2006г.г. в г.Санкт-Петербург произведен контроль сплошности ледогрунтовых ограждений стволов 12 шахт: 214бис (ул. Карбышева), 507 (ул. Ольховая), 440 (ул.Шаумяна), 17/2 (Конюшенный пер.) и др., что обеспечило безаварийную проходку стволов.

Технология исследования цементогрунтовых ограждений методом акустического просвечивания предназначена для контроля сплошности цементогрунтовых ограждений (ЦГО) устроенных методом струйной цементации перед началом проходческих и строительных работ. Основной диагностический параметр состояния ЦГО – скорость продольной упругой волны в цементогрунте. В 2001-2006г.г. в г.Санкт-Петербург произведен контроль сплошности цементогрунтовых ограждений шахтных стволов 4 (Гражданский пр.) и 1 (Кушелевка) резервного канализационного коллектора в районе площади Мужества, тоннеля КАД в створе Токсовской ул. (пос.Мурино), камер 1 и 2 участка строительства второй сцены Мариинского театра, лотковой части Т4-С комплекса защитных сооружений г.Санкт-Петербург от наводнений и др. На основе данных акустического просвечивания ствола 4 (Гражданский пр.) было принято решение о проведении дополнительного инъектирования, что обеспечило заделку зон несплошности и, в конечном итоге, безаварийную проходку ствола.

Технология исследования буронабивных и забивных свай и бетонных опор мостов методом зондирования предназначена для контроля характеристик сваи: сплошности, длины, формы, класса прочности бетона. Суть метода заключается в механическом возбуждении головы сваи в осевом направлении и оценке состояния сваи по результатам сравнения параметров эхо-сигнала с диагностическими признаками различных состояний свай. Технология апробирована в 2002г. при строительстве лабораторного корпуса Санкт-Петербургского государственного горного института (ул. Наличная) и в настоящее время применяется при строительстве оснований зданий в Санкт-петербурге, опор мостов, свайных оснований опор эстакад на КАД и ЗСД.

Технология исследования грунтоцементных свай оснований дорог методами акустического просвечивания и каротажа предназначена для контроля характеристик сваи: сплошности, длины, диаметра, прочности грунтоцемента. Суть методов заключается в возбуждении импульса упругих волн (УВ) в свае, регистрации импульса УВ после прохождения по грунтоцементу и оценке состояния сваи по результатам сравнения параметров импульса УВ с таблицей диагностических признаков состояний сваи. Контроль прочности грунтоцемента производится на основе зависимости скорость упругой волны – прочность на одноосное сжатие. В 2004-2006г.г технология широко применялась при строительстве кольцевой автодороги вокруг Санкт-Петербурга на участках ЛОТ1 и ЛОТ6.

Технология исследований состояния обделки горных выработок методом зондирования предназначена для контроля состояния обделки и поиска пустот за бетонными плитами. Суть метода заключается в точечном механическом импульсном возбуждении поверхности обделки горной выработки и определении ее состояния по временным, амплитудно-частотным и фазовым характеристикам акустического эхо-сигнала. Технология применена в 2003г. при обследовании обделки тоннелей 1 и 2 (участок “Размыв”) между станциями Лесная - пл. Мужества Санкт-Петербургского метрополитена с целью определения толщины слоя защитного уплотнительного раствора и наличия пустот в затюбинговом пространстве.