Применение дистанционных съемок при проектировании и строительстве линейных сооружений и промышленных объектов в условиях европейского севера

B последнее время особое значение придается исследованиям, направленным на освоение минерально-сырьевой базы перспективных районов Европейского Севера. Составляются научно обоснованные программы по разработке природных ресурсов, строительству новых и реконструкции существующих крупных промышленных комплексов, по развитию сети железных и автомобильных дорог [1]. Для решения крупных проблем по освоению новых территорий, нередко отличающихся весьма сложной и неблагоприятной природной обстановкой, необходимо собрать достаточно полные сведения об инженерно-геологических условиях в районах предполагаемого строительства. Применение аэрокосмических методов существенно облегчает решение этой сложной задачи. Такой опыт работы был получен при проектировании и строительстве новой железнодорожной магистрали на участке Карпогоры—Вендин-га, расположенном в юго-восточной части Архангельской области и Удорском р-не Республики Коми. Это была одна из первых программ широкого использования аэрокосмических материалов при инженерно-геологических исследованиях для проектирования, строительства линейных сооружений и промышленных объектов на территории Европейского Севера.

В качестве примера предлагается ряд разработок из научно-производственного отчета «Первые этапы космического мо- ниторинга регионов влияния проектируемой железнодорожной магистрали Архангельск—Сыктывкар—Пермь» в рамках программы Космос—Земля проекта «Геос-прогресс». Эти разработки осуществлялись с помощью трех спутников: российского «Ресурс 1», французского «SPORT», американского «LANDSAT» [2] и с использованием фондовых геологических материалов.

Известно, что при выборе трассы дороги учитываются кратчайшее расстояние между определенными пунктами, профиль и план дороги без крутых поворотов, подъемов и спусков. Однако не всегда природные условия могут отвечать этим требованиям. Причинами этого могут быть сложные геологическое стро-

ение и рельеф, развитие потенциально опасных геологических процессов, отсутствие необходимых месторождений местных строительных материалов и др. Поэтому выбор трассы дороги обычно производится на основании сравнения нескольких вариантов, основанных на разных источниках.

На карте геолого-геоморфологического строения притрассовой полосы масштаба 1:100000, составленной по ма-

Рис. 1. Фрагмент карты геолого-геоморфологического строения притрассовой полосы ж. д. Карпогоры—Вендинга.

Условные обозначения

N п п	Морфолзтогснетмческне koxmlicktu	Литогенез		Состав	Моежхгъ.	Уклон режефа. град
		11рсв1схаждеи*м	Возраст
1	РуСИКфуЛНЫХ рек	К11К> МОЛЬНОС	о,	1ec»t галсч»о*м. cyrniaiMi. супеси raatw, терф		1—3
-	Водсфатдезыаае «верховые) ТОрфяН)В31	бНОССЗИОС	0.	Торф, in		0-2
3	Ишаме поймы крутим х рек	• миш moe	о.	Iccmk nwenaeoi. cyrnieoot. супеси. i ла<ы. тхрф		1—3
4	.Ьжеща мажх эрозношмх форм	гпюкилыкч-дел» мал иное	о <	Iccwi nMceeeoi		2—7
5	11 ойхы малых рек	аглю мольное	о.	кеки, галс mo вой cyrniaoot, cyriccii f ЛМЫ. тефф		1 3
6	1 i tvju^lMcHnie терраса Hcmt 17. 25м	озорно-алл ю мольное	О vd,‘	Jccmi, галс*аоаз< глины cyuaaaoi		2—5
7	11 a,iu>ClMci«iraM терраса < 40-65 м 1	о зерно-лсямижхлеос	O.vd,1	ксюс галс*опа-з<. валунные cyr^eeot и супссн	2—25	2—5
8	Эрчп ini вн>-расчле1еиэая иалпеймаагаа терраса (40-65 м)	« «	O,vd.	lecMt. галетам! валунные су Г1б*и н супеси	2—25	2—5
9	НмюЛмсккаа терраса < 50-75 мi	« «	Q,vd,'	lcc»i	2—25	2—5
10	Эрчп нгаею-расчлеегеоия надлом стесал терраса (5*75 м)	« «	Q vd,'	[кеш	2—25	5—15
11	Полощу вал нега я мер пиал поверхность	лсри|ыоаое	0;ms	Зачулелые су 1лнюз«, пески.	10—15	5—25
12	Эрси HOtMO-pac чл осиная меренная поверхность	« «	Q.m$,	Залутысс)1лиьм1. пески.	10—15	5—25
13	Плосмве прнодораздспмыс валко телкконые поверхности	водно-ЛФОПЬЮЖИЗС	Q.m$,	Весам, гравий, г алыа. ■лузы	5—10	5—15
н	Эрооиожо-расчлпсиные вадно .тел саговые попер хэоостм	« «	O.ms	Iccul гравий, галька.	5 1"	5—25
	Эрсп нокюрас ч.ло сломя меренная поверхность	ледниковое	О,т*,	Валунные су гики t лваш		5—25

ЛинсИныс зоны тсктонжестй активизации

— npOH.'WNNIINrtl В CtpOCNNW рсдефи и coct •• ое.юмсееи*

—— Проемзсанксв г картере гючвгпао-росзигелииосо покрове

териалам дешифрирования космоснимков, выделяются контуры геологических толщ, отличающихся литологическим составом горных пород, условиями их залегания и площадью распространения (рис. 1). Полученная с ее помощью информация позволяет в общих чертах охарактеризовать физико-механические и фильтрационные свойства грунтов в пределах выделяемых геологических образований. Эти показатели, наряду с дру- гими, особенно важны для выбора вариантов транспортных путей и дорожного строительства, размещения мостовых переходов, базовых карьеров строительных материалов и других узлов строительного комплекса.

Не менее важны сведения о характере рельефа местности, влияющего на размещение сооружений. Инженерная оценка рельефа с точки зрения условий его использования для строительства выполняется совместным анализом топографических карт и космоснимков, по которым определяется морфологическая характеристика рельефа, его вертикальная и горизонтальная расчлененность. В одних случаях большие уклоны рельефа в долинах рек, выявленные по картам и снимкам, служат естественным препятствием при строительных работах. В других случаях долинные или водораздельные участки имеют малые уклоны, здесь проектируемая трасса не встречает больших препятствий и идет вольным ходом без излишних поворотов, искривлений. Все это резко снижает необходимость в строительстве большого числа искусственных сооружений. Итогом этой аналитической работы является информация для создания карты инженерно-геологических условий, определяющей план и продольный уклон полотна дороги.

Карта опасности развития экзогенных геологических процессов служит основой для изучения именно тех процессов, которые оказывают влияние на устойчивость сооружений и могут иметь решающее значение для инженерной оценки условий строительства (рис. 2). К их числу в первую очередь относятся: оползневые и обвальные склоны, линейные зоны новейшей тектонической активизации, заболачиваемые и подтопляемые участки.

В долинах рек северных областей нашей страны распространены и интенсивно проявляются оползневые процессы и мерзлотные явления: наледи, бугры пучения, термокарст и др. Оползни обычно приурочены к склонам речных долин, на космоснимках они дешифрируются по бугристой поверхности сползших масс, овражной эрозии на склонах и по характеру растительного покрова. Полученный при дешифрировании космоснимков материал был использован для выявления этих процессов, оконтуривания зон распространения и прогнозирования их развития, для определения объема работ по ликвидации возможных последствий. При выборе варианта трассы могут потребоваться стационарные наблюдения, необходимые для прогноза неблагоприятных современных

Условные обозначения

безопасные территории

| — умеренно опасные территорш

|     | — опасные территорш

В — весьма опасные территории

— линейные зоны потеншшльноЛ геодинамической активизаюп!

Рис. 2. Фрагмент карты опасности развития геологических процессов и геотехнического риска строения притрассовой полосы ж.д. Карпогоры-Вендинга. Масштаб 1:200000

и песчаные месторождения, связанные с отложениями аллювиального и водноледникового происхождения (рис. 1). Особое внимание следует уделять выделенным на космоснимках комплексам надпойменных террас рек, а также районам накопления водно-ледниковых образований (эрозионно расчлененным приводораздельным поверхностям).

Для решения задач инженерного проектирования необходимы сведения о гидрогеологических условиях исследуемой территории, о грунтовых водах и связанных с ними процессах. При анализе карты растительного покрова, составленной по результатам дешифрирования космоснимков, достаточно уверенно можно определить глубину залегания грунтовых вод (рис. 3). Наиболее возвышенные участки с глубиной залегания

процессов и разработки на их основе защитных мероприятий.

Линейные зоны новейшей тектонической активизации имеют важное значение для оценки инженерно-геологических условий при строительстве линейных и площадных сооружений (рис. 1). При дешифрировании космоснимков на участках неглубокого залегания коренных пород (до 50 м) намечаются границы между дочетвертичными и четвертичными отложениями, структурные элементы и разрывные нарушения. С разломами обычно связаны нарушения залегания окружающих горных пород. Они в значительной степени снижают несущую способность и устойчивость грунтов, изменяют их фильтрационные свойства. Особенно большое значение имеют крупные региональные тектонические разломы, которые пересекают или проходят недалеко от объектов строительства. На ранних стадиях проектирования выявлению таких нарушений должно быть уделено особое внимание.

На космоснимках линейные зоны тектонических нарушений дешифрируются по косвенным признакам — по наличию линейно вытянутых гряд или понижений, по аномально-прямолинейным участкам гидросети, смещению гребней водоразделов, резкой смене рисунка фотоизображения по обеим сторонам разлома. Изучение характера и масштабов разрывных смещений и других активных геологических процессов необходимо для уточнения размещения отдельных объектов, а также для выбора рациональных инженерных мероприятий по строительству искусственных сооружений.

На основании результатов дешифрирования космоснимков и анализа имеющихся геологических материалов составляется предварительная карта инженер- но-геологических условий с указанием возможных вариантов трассы или притрассового строительства, с учетом выделяемых участков простого и сложного строения. Простые участки, на которых не установлены активно действующие современные геологические процессы, отличаются монотонным, слаборасчле-ненным рельефом, удобными подъездными транспортными путями. Участки со сложными природными условиями характеризуются сравнительно расчлененным рельефом, развитием одного или нескольких активно действующих современных процессов. Для их освоения необходима специальная инженерная подготовка.

С комплексом четвертичных отложений связаны месторождения местных строительных материалов. Главная их особенность заключается в том, что они залегают почти на поверхности или на малых глубинах. Наибольшее практическое значение имеют песчано-гравийные

Рис. 3. Фрагмент карты растительного покрова притрассовой полосы ж.д. Карпогоры-Вендинга.

Масштаб 1:200 000

грунтовых вод более 5—10 м заняты сосновыми лесами, более низкие участки с глубиной залегания этих вод 3—5 м покрыты еловыми и смешанными лесами, а глубина менее 2—3 м отмечается в пределах и вблизи болотных массивов. При дешифрировании залегания грунтовых вод учитывается приуроченность их к соответствующему генетическому типу четвертичных отложений (аллювиальному, флювиогляциальному, межморенному и др.) Определение относительной водообильности водоносных горизонтов производится только ориентировочно по гранулометрическому составу водовмещающих пород. Информацию о направлении движения грунтовых вод можно получить по рельефу участка и по их связи с поверхностными водами.

Дешифрирование участков избыточного увлажнения и заболачивания на космоснимках осуществляется по характерному рисунку фотоизображения и фототону. На снимках просматриваются мес-

—есш^ЁК , ноябрь, 2011 г., № 11

*

тоположение болотных массивов (на водоразделе, склоне, в пойме), их размеры и направление стока болотных вод. Такая информация не содержит какие-либо инженерно-геологические данные, а носит качественный характер. Для получения необходимых сведений о конкретных инженерно-геологических условиях, прибегают к полевой рекогносцировке.

Рассмотренные выше примеры использования космоснимков при оценке инженерных условий строительства на участке Карпогоры—Вендинга, расположенном на проектируемой железнодорожной магистрали Архангельск—Сык-тывкар—Пермь, дают возможность принять рациональные решения при выборе вариантов размещения объектов строительства в неосвоенном и труднодоступном районе. Материалы дистанционной съемки имеют важное значение не только для обоснования технического проекта, но и для изучения динамики развития геологических процессов на участках со сложными инженерно-геологическими условиями, для прогноза соответствующих процессов и разработки защитных мероприятий.

С целью расширения практических возможностей и реальной отдачи от спутниковой системы космического монито- ринга, а также получения космоснимков высокой разрешающей способности, в Республике Коми подготовлен технический проект создания спутниковой опорно-межевой сети. В ней предусмотрено развертывание в 2011—2014 гг. регионального центра космических услуг в г. Сыктывкаре, создание собственного банка космоснимков и специализированного сайта для работы с пространственными данными — геопортала. Это позволит оперативно получить информацию для инженерных изысканий во всех районах Республики Коми. Сеть будет дополнительно ориентирована на использование радионавигационных полей систем ГЛОНАСС (Россия), GPS (США) и GALILEO (Евросоюз). Это обеспечит более активное освоение северных территорий и добычу новых полезных ископаемых, строительство крупных инфраструктурных объектов. Кроме того, спутниковая сеть будет хорошим подспорьем в реализации проектов газо- и нефтепроводов, а также в ликвидации чрезвычайных ситуаций. Первый этап строительства 11 станций сети намечен на 2011—2012 гг. [3]. В будущем это позволит участвовать в масштабном проекте ГЛОНАСС+112, который объединяет на общей информационной основе работу всех служб региона с интеграцией в одном программном продукте цифровой картографической основы, космических снимков высокого разрешения, функции по приему телефонных звонков, мониторинга сил и средств с помощью ГЛОНАСС.

Работа регионального центра космических услуг также будет ориентирована на комплексное предоставление космических, геоинформационных материалов для решения проблем комплексного развития производительных сил региона.