Визуальное обследование в системе мониторинга насыпных гидротехнических сооружений

Насыпные гидротехнические сооружения (ГТС) играют важную роль в многих отраслях современной экономики. Например, от насыпных дамб хвостохранилищ горно-обогатительных предприятий зависит работа и существование всего предприятия. Кроме того аварии на подобных сооружениях приводят к огромным социальным, экономическим и экологическим последствиям. В связи с этим, к системам мониторинга состояния ответственных ГТС предъявляется особое требования.

Нормативные документы предписывают проведение ежегодных работ, направленных на сбор данных и оценку различных аспектов работы и безопасности ГТС. Состав и объем этих работ регламентируется проектом мониторинга, который разрабатывается специализированной организацией для каждого отдельного комплекса ГТС. На рисунке 1 представлен характерный перечень работ, входящих в комплекс мониторинга ГТС хвостохранилища.

Геодезические

Проложение ходов полигонометрии

Нивелирование по реперам и ма ркам ~~|

- Измерение длин пляжей J

Привязка точек отбора проб

Исполнительная съемка j

Техническое нивелирование

- Топографическая съемка

] Геологические

Бурение скважин

Замеры воды в пьезометрах - Лабораторные исследования j - Отбор керна из скважин

Отбор проб с поверхности

Гидрографические |

Промеры глубин других водных объектов

Промеры мощности ила

Рис. 1. Интеллект-карта комплексных исследований состояния ГТС накопителя [1]

Некоторые виды работ, представленные на рисунке 1, выполняются раз в несколько лет с определенной периодичностью, в основном, это работы, связанные с бурением скважин, отбором и исследованием проб. Часть работ выполняется ежегодно. Среди таких работ в первую очередь стоит выделить геодезические работы, направленные на наблюдение за геометрическими параметрами сооружения и контроль отклонения этих параметров выше критических значений. А так же измерения уровня воды в пьезометрах, на основании данных которых, строятся депрессионные кривые, сравнивающиеся с проектными критическими значениями.

У перечисленных методов есть свои преимущества, которые благодаря проработанной системе мониторинга эффективно используются, и свои недостатки, которые по возможности нивелируются ком- плексированием методов. Однако, многие представленные методы обладают одним общим недостатком - дискретностью получаемых значений. Дискретность заключается в том, что получаемые в ходе работ данные характеризуют состояние объекта в отдельных точках, которые могут отстоять друг от друга, как на расстояние нескольких метров, так и на расстояние до нескольких сотен метров. В качестве примеров можно привести замеры глубин в пьезометрах, а также нивелирование и полигонометрию по контрольным реперам и маркам. Наиболее часто геодезические пункты и пьезометры устанавливаются в створах, расстояние между которыми может достигать 500 метров. При этом расположение контрольно-измерительной аппаратуры, используемой при измерениях разными методами, в одних створах упрощает проведение работ, однако, создает обширные «слепые зоны», данные по которым отсутствуют.

Вместе с тем, в соответствии с нормативными документами на ГТС регулярно проводятся визуальные наблюдения за состоянием сооружения и отдельных его элементов [2-5]. Данные работы зачастую производятся отдельно от других работ мониторинга силами эксплуатирующей организации, в отличие от других работ, которые в большинстве случаев выполняются подрядными организациями. Однако, визуальные наблюдения носят не дискретный характер, в отличие от работ, пере- численных выше, и могут быть эффективно, применяться в комплексе мониторинга.

Результаты исследования. Для подтверждения данной гипотезы рассмотрим комплексные изыскания, проводившиеся на насыпном ГТС крупного горнорудного предприятия Мурманской области. В данные работы входили геодезическая съемка по реперам и маркам, измерение уровня воды в пьезометрах, а так же визуальные наблюдения.

В таблице представлены результаты нивелирования III класса по контрольным реперам, установленным на дамбе.

Таблица. Высотные отметки контрольных реперов

Дата	Август 2016	Август 2017	Сентябрь 2018	Октябрь 2018	Ноябрь 2018	Июнь 2019
№№ пунктов	Н,м	Н,м	Н,м	Н,м	Н,м	Н,м
280_5	279.062	279.049	279.066	279.05	279.1	Уничтожен
280_6	280.159	280.05	280.054	280.098	280.192

Как видно из таблицы, высотная координата измеряемых контрольных реперов в период с августа 2016 года по ноябрь 2018 колеблется в относительно узком диапазоне. Амплитуда изменений составляет 5,1 см для пункта 280_5 и 14,5 см для пункта 280_6. При этом в ноябре 2018 года наблюдались максимальные значения. Никаких катастрофических изменений по данным геодезических измерений не наблюдалось.

Однако, по данным визуального наблюдения, проводившегося в комплексе мониторинга, было выявлено проседание поверхности полки, на которой были установлены репера (рис. 2). Как видно из ри- сунка 2, репер 280_2 находится в зоне проседания полки. Несмотря на это, репер 280_5 показывает такую же динамику изменения высотной координаты, как и репер 280_6, которых находится на стабильном участке дамбы. Это может быть объяснено тем, что пункт 280_5, как видно из рисунка, установлен у подошвы вышележащего уступа, которая не была затронута проседанием полки на момент ноября 2018 года. Однако, уже к июню 2019 года масштабы проседания увеличились, что сопровождалось локальными провалами, и репер был уничтожен (таблица).

Рис. 2. Проседание поверхности полки в районе заложения репера 280_5

Заключение. По результатам рассмотренных работ, можно сделать вывод о том, что применяемые для мониторинга дискретные методы могут не в полной мере отражать текущее состояние ГТС. Особен- но, это характерно для участков, на которых отсутствует контрольноизмерительная аппаратура. Решением данной проблемы может служить включение в программу работ визуальных наблюдений.