Результат интеллектуальной деятельности: Способ определения величины и направления деформации наружной составляющей бугров пучения вечной мерзлоты

Данный способ относится к области геодезического пространственного мониторинга инженерных сооружений и природных объектов и может быть использован как для наблюдений за осадками и деформациями инженерных сооружений, так и природных объектов (бугров, провалов, холмов, склонов, оползней и т.п.).

В ГОСТ 24846-2012 «Методы измерения деформаций оснований зданий и сооружений», Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 29 октября 2012 г. № 599-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 24846-2012 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 июля 2013 г. , в нем приводятся методы измерения вертикальных и горизонтальных перемещений, а также методы измерения наклонов фундаментов зданий и сооружений. Этот ГОСТ взят за прототип.

Для определения горизонтальных перемещений фундаментов зданий и сооружений ГОСТ 24846-2012 предлагает использовать следующие методы или их комбинации: створные наблюдения, методом отдельных направлений, триангуляция, фотограмметрия. Допускается применять методы трилатерации и полигонометрии.

Для определения вертикальных перемещений фундаментов зданий и сооружений ГОСТ 24846-2012 предусматривает использование следующих методов или их комбинаций: геометрическое нивелирование, тригонометрическое или гидростатическое нивелирование, фотограмметрия.

Наклон фундамента (или здания, сооружения в целом), в соответствии с ГОСТ 24846-2012 следует измерять одним из следующих методов или их комбинированием: проецирования, координирования, измерения углов или направлений, фотограмметрии, механическими способами с применением кренометров, прямых и обратных отвесов.

Недостатком этих способов является высокая трудоемкость, кроме того, данные способы предполагают проведение контроля геометрических параметров в дискретных точках, что не позволяет достоверно оценить геометрические параметры наружной составляющей бугров пучения вечной мерзлоты, а значит и определить величину деформации наружной составляющей бугров пучения вечной мерзлоты в целом. Также, данные способы предполагают наличие человеческого фактора в процессе измерений, что так же ведёт к снижению достоверности и точности.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение точности и достоверности определения величины и направления деформаций наружной составляющей бугров пучения вечной мерзлоты с применением комплекса цифровой аппаратуры в состав которой входят: электронный тахеометр, ГНСС аппаратура и цифровая термокоса.

Поставленная задача достигается тем, что в способе определения величины и направления деформации наружной составляющей бугров пучения вечной мерзлоты, включающем создание планово-высотного обоснования, закрепление точек по периметру бугра пучения, выполнение геодезических измерений, согласно изобретению выше упомянутые точки по периметру бугра пучения располагают и закрепляют строго по сторонам света север, запад, юг, восток, выполняют бурение скважин, расположенных на вершине бугра пучения, подошве бугра пучения, по закрепленным точкам определяют георадаром примерную границу подземной составляющей бугра пучения, бурение выполняют до определения точных границ подземной составляющей бугра пучения, выполняют определение координат X, Y, Z всех закрепленных точек и пробуренных скважин, опускают в пробуренные скважины термокосу и выполняют измерение температуры, передают полученную цифровую информацию в компьютерную программу, выполняют построение цифровой модели бугра пучения, в этой же программе модель наружного контура бугра пучения совмещают с моделью, построенной по результатам предыдущих измерений наружного контура бугра пучения вечной мерзлоты, в автоматическом режиме определяют величину деформации и направления наружной составляющей бугров пучения вечной мерзлоты.

Способ поясняется чертежами.

На фиг.1 представлена схема расположения точек для выполнения измерений.

На фиг. 2 представлена схема бугра пучения вечной мерзлоты с указанием точек расположения комплекса цифровой аппаратуры

На фиг.3 представлена схема выполнения измерений электронным тахеометром.

На фиг.4 представлена схема определения высоты электронным тахеометром

Предлагаемый способ выполняют следующим образом.

На исследуемом участке создают планово-высотное обоснование. По периметру бугра пучения закрепляют точки, причем строго по сторонам света север, запад, юг, восток (фиг.1 точки 1, 2, 3, 4), определяют координаты X, Y, Z этих точек с помощью ГНСС аппаратуры.

Для определения примерных границ подземной составляющей предлагается в направлении север, юг, запад, восток использовать отечественный георадар ОКО-2. (фиг.1, фиг.2 точки 10, 11, 12, 13).

При определении границ распространения подземной составляющей бугра пучения вечной мерзлоты необходимо осуществить бурение скважин с помощью отечественного бурового станка, входящего в состав приборного комплекса. Таким образом происходит достоверное определение глубины подземной толщи вечной мерзлоты бугра пучения и одновременный контроль данных георадара (при необходимости, количество станций, может быть увеличено до 8 еще 4 по направлениям юго-запад, северо-запад, северо-восток, юго-восток).

При выполнении геопространственного мониторинга больших и средних бугров пучения для определения крутизны скатов формы бугров необходимо определить пространственные координаты в точках расположенных на средней высоте. Высоту бугра пучения над поверхностью земли и расположение точек предлагается определять электронным тахеометром, фиг.3, фиг.4.

В точке, на вершине бугра пучения и по границе подземной составляющей предлагается пробурить вертикальную скважину для определения наличия многолетнемерзлых пород и расположения в ней термокосы. Последняя позволяет выполнить измерения температуры внутри бугра пучения и ее зависимости от глубины, выполнить сравнение с наружными показаниями. Полученные геопространсвенные данные позволят построить 3D-модель бугра пучения наземной и подземной составляющих.

Измерения предлагается выполнять 4 раза в год; в летний, зимний, осенний и весенний периоды. Показания термокосы, в совокупности с результатами геодезических, геологических, георадарных данных позволят осуществить прогноз жизненного цикла бугра пучения (построение продольных профилей по заданным направлениям, рост бугра, подтаивание, образование таликов и т.п.). Все данные должны быть сведены в единый программный комплекс для обработки цифровых данных, и создания единой базы данных. Это необходимо для обеспечения безопасного размещения коридора линейных коммуникаций и инженерных сооружений при обустройстве нефтегазовых месторождений в районах Крайнего Севера.

В случае, когда съемку бугра пучения, для его пространственного мониторинга, невозможно выполнить с использованием ГНСС наблюдений измерения выполняются с применением электронного тахеометра методом свободной станции, фиг. 3.

Координаты каждой съемочной станции определяются ГНСС- методом, а в качестве связующих используются точки, определенные при проведении рекогносцировки. Для контроля определения координат выполняются избыточные измерения. ГНСС - наблюдения выполняются статическими методами, хотя иногда можно применять и кинематические. Это зависит от требуемой точности определения координат, времени, типа приемника, транспортных средств и наличием путей перемещения между определяемыми точками.

В случае если с точки свободной станции есть прямая видимость на два и более пункта геодезической сети, то координаты станций определяются из обратной линейно-угловой засечки или обратной угловой засечки, режим обратной засечки предусмотрен во всех современных моделях электронных тахеометров, также из засечки выполняется определение отметки станции.

Точность определения координат из обратной засечки зависит от геометрии построения. Исходные точки должны находиться на достаточном отдалении друг от друга, горизонтальный угол между направлениями на исходные точки должен иметь допустимое значение.

После измерения засечки на исходные пункты выполняется тахеометрическая съемка.

Одновременно с измерением засечек и тахеометрической съемкой бугра пучения выполняется определение его высоты фиг.4.